Linux 性能分析利器 -火焰图 flame graph

简述

Perf 命令(performance的简写)是 Linux 系统原生提供的性能分析工具，返回 CPU 正在执行的函数名以及调用栈(stack)。

一般，它的执行频率是 99Hz（每秒99次），若是99次都返回同一个函数名，那就说明 CPU 这一秒钟都在执行同一个函数，可能存在性能问题。

$ sudo perf record -F 99 -p 13204 -g -- sleep 30

注：perf record表示记录，-F 99表示每秒99次，-p 13204是进程号，即对哪一个进程进行分析，-g表示记录调用栈，sleep 30则是持续30秒。

执行以后会产生一个文本文件(perf.data）。为了便于阅读，使用 perf record 命令能够统计每一个调用栈出现的百分比，而后从高到低排列。

$ sudo perf report -n --stdio

火焰图

火焰图是基于 perf 结果产生的 SVG 图片，用来展现 CPU 的调用栈。

1. y 轴表示调用栈，每一层都是一个函数。调用栈越深，火焰就越高，顶部就是正在执行的函数，下方都是它的父函数。
2. x 轴表示抽样数，若是一个函数在 x 轴占据的宽度越宽，就表示它被抽到的次数多，即执行的时间长。
3. 注意，x 轴不表明时间，而是全部的调用栈合并后，按字母顺序排列的。

火焰图就是看顶层的哪一个函数占据的宽度最大。只要有"平顶"（plateaus），就表示该函数可能存在性能问题。

颜色没有特殊含义，由于火焰图表示的是 CPU 的繁忙程度，因此通常选择暖色调。

互动性

火焰图是 SVG 图片，能够与用户互动。

鼠标悬浮显示

火焰的每一层都会标注函数名，鼠标悬浮时会显示完整的函数名、抽样抽中的次数、占据总抽样次数的百分比。

下面是一个例子。

mysqld'JOIN::exec (272,959 samples, 78.34 percent)

点击查看详细

在某一层点击，火焰图会水平放大，该层会占据全部宽度，显示详细信息。

左上角会同时显示**"Reset Zoom"**，点击该连接，图片就会恢复原样。

搜索

按下 Ctrl + F 会显示一个搜索框，用户能够输入关键词或正则表达式，全部符合条件的函数名会高亮显示。

局限

在这两种状况下，没法画出火焰图，须要修正系统行为。

1. 调用栈不完整

当调用栈过深时，某些系统只返回前面的一部分（好比前10层）。

2. 函数名缺失

有些函数没有名字，编译器只用内存地址来表示（好比匿名函数）。

参考资料

1. 如何读懂火焰图？
2. 火焰图介绍论文
3. 火焰图官方文档
4. 火焰图生成工具