用google-perftool分析程序的内存/CPU使用

  最近，用到了google-perftool分析程序的内存和CPU的使用状况，总结一下使用的一些方法和体会，分享给有须要的朋友。首先，说说google-perftool，它是由google开发的用来分析C/C++程序性能的一套工具，这里的性能分析主要包括内存和CPU两个方面，内存分析使用google-perftool所提供的tcmalloc，CPU分析使用它所提供的profiler。下面先分别介绍一下tcmalloc和profiler，而后再给出一些使用的例子，及一些使用时的注意事项。

1. tcmalloc

      tcmalloc的全称是thread cache malloc，顾名思义，它是带有thread cache的内存管理工具，具体的实现细节这里不作过多的介绍，感兴趣的朋友能够参考google官方提供的文档，或者阅读源码。这里须要注明一下tcmalloc的一些优势，和它所提供的一些分析程序内存使用的一些功能。
      tcmalloc的主要优势有两个方面，一个是内存allocate/deallocate的速度，一般状况下它的速度比glibc所提供的malloc要快；另外一个方面是小内存(< =32K)的管理，它的小内存是在thread cache里面管理的，一方面减小了加锁的开销，另外一方面用来表示小内存所用的额外的空间也比较小，比较节省空间。所以，对于多线程下，常常小内存的allocation/deallocation的程序（尤为多线程下使用STL比较多的程序），能够尝试使用一下tcmalloc。
      除了在allocate/deallocate内存时的优化外，tcmalloc还提供了heapcheck和heapprofile的功能。heapcheck主要被用来检查程序中是否有内存泄露，在哪里泄露。相信内存泄露这个话题，永远是让全部C/C++程序都很是蛋疼的问题，有了tcmalloc的帮助，也许一切会变得简单一些，会有点事半功倍的效果。tcmalloc另一个功能是heapprofile。先来讲一下profile这个词，它的本意是“描绘…轮廓”，我一直以为这个词是一个很伟大的词，用在sns中，它表示用来描绘用户的那些特征、属性，也有叫用户画像的。用在这里呢，heapprofile，顾名思义，它就是描绘程序的heap轮廓，经过这样一个过程，咱们就能知道，程序的heap里在每一时刻都有些啥东东。有了profile的结果，它能够帮助咱们定位内存泄露，帮助咱们发现一些频繁allocate内存的地方，以此来作一些优化。
      （关于程序中的heap和stack，不了解的朋友，能够到网上搜一下：程序的地址空间分布）

2. profiler
      profiler，是由google-perftool所提供的用来作cpu-profile的工具，相信经过上面的介绍，你们对profile这个词已经再也不陌生。Cpu-profile，它的主要功能就是经过采样的方式，给程序中cpu的使用状况进行“画像”，经过它所输出的结果，咱们能够对程序中各个函数耗时状况一目了然。在对程序作性能优化的时候，这个是很重要的，先把最耗时的若干个操做优化好，程序的总体性能提高应该十分明显，这也是作性能优化的一个最为基本的原则—先优化最耗时的。

3. 使用举例

      关于google-perftool的使用，整体上来说有如下三种方式：

• （1）直接调用提供的api：这种方式比较适用于对于程序的某个局部来作分析的状况，直接在要作分析的局部调用相关的api便可。
• （2）连接静态库：这种方式是最为经常使用的方式，后面会有详细的介绍。
• （3）连接动态库：这种方式和静态库的方式差很少，但一般不推荐使用，除非使用者不想额外链一个静态库（由于连接静态库会增大binary的大小）的状况，能够考虑使用这种方式。

      下面是静态库的使用方法：

• （1）Heap Checker:

1 2	gcc [...] -o myprogram -ltcmalloc env HEAPCHECK=normal ./myprogram

• （2）Heap Profiler:

1 2	gcc [...] -o myprogram -ltcmalloc env HEAPPROFILE=./myprogram.hprof ./myprogram

• （3）Cpu Profiler:

1 2	gcc [...] -o myprogram -lprofiler env CPUPROFILE=./myprogram.prof ./myprogram

      经过上面的方法，能够生成google-perftool原始的输出结果。另外，google-perftoolg还提供了一个叫pprof的工具，它是一个perl的脚本，经过这个工具，能够将google-perftool的输出结果分析得更为直观，输出为图片、pdf等格式。

      最后，补充一点，要用google-perftool来分析程序，必须保证程序能正常退出。因此，这里也想多说几句，我我的以为，好的C/C++程序员，应该作到本身的程序都能优雅退出，这是最基本的要求。这里所谓的优雅退出，指的是退出的时候把该释放的资源释放掉，且保证程序退出时不挂。