技术分享 | 使用 Perf 和火焰图分析软件

作者：Agustín 翻译：孟维克原文：https://www.percona.com/blog/2019/11/20/profiling-software-using-perf-and-flame-graphs/

在这篇博文中，我们将探讨如何一起使用perf和火焰图。它们用于生成我们选择的软件正在调用的函数的图形。在此我们使用Percona分支版本，但是它可以扩展到任何可以进行解析堆栈跟踪的软件。

在继续之前，请注意，与任何分析工具一样，除非您知道自己在做什么，否则不要在生产环境运行。

安装需要的软件包

为了简单，为使用CentOS7版本，但是对于基于Debian的发行版来说，它们应该是相同的（步骤中的唯一区别是用apt-get install linux-tools-$(uname -r)代替yum命令）。

安装perf

SHELL> sudo yum install -y perf

获得火焰图软件包

SHELL> mkdir -p ~/src
SHELL> cd ~/src
SHELL> git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph

全部安装完毕！让我们继续

抓取采集样本

火焰图是一种可视化数据的方式，所以我们需要一些可以作为基础的样本。可以用三种方式做到这一点（请注意，这里我们使用-p选项仅抓取我们感兴趣的进程的数据，但是如果需要，我们可以抓取所有正在运行的进程的数据）

1.仅抓取设定时间（这里是10秒）

SHELL> sudo perf record -a -F 99 -g -p $(pgrep -x mysqld) -- sleep 10

2.抓取直到我们发出中断讯号（CTRL+C）

SHELL> sudo perf record -a -F 99 -g -p $(pgrep -x mysqld)

3.抓取整个进程的生命周期

# 注意，如果我们中断了这个variant，我们同样杀死了上面的子进程
SHELL> sudo perf record -a -F 99 -g -- /sbin/mysqld \
--defaults-file=/etc/percona-server.conf.d/mysqld.cnf --user=mysql

或者

SHELL> sudo perf record -a -F 99 -g -p $(pgrep -x mysqld) -- mysql -e "SELECT * FROM db.table"

在第三个场景的第一种情况下，我们被迫抓取了所有进程的数据，因为实现不可能直到进程ID号（PID）（通过执行该命令，我们实际上正在启动MySQL服务）。当您希望从进程启动时就开始获取数据，这种类型的命令非常有用，否则是不可能的。

在第二个场景下，我们在正在运行的MySQL服务上执行一个查询，因此我们可以使用*-p*选项抓取这个进程的数据。例如，如果您希望抓取作业正在运行的时的数据，这就非常方便。

准备样本

初始化抓取完成后，我们需要将收集到的数据“可读”。这是必要的，因为通过perf record生成的是二进制格式。因此，我们将执行：

SHELL> sudo perf script > perf.script

默认情况下它读取perf.data，perf record也默认输出到这个文件。它可以分别使用*-i选项和-o*选项来覆盖写入。

现在我们能读取生成的文本文件，因为已经是易读的形式。然而，当您做到这时，你很快就会意识到我们为什么要将这些数据聚合为更易懂的形式。

生成火焰图

我们可以将第一个命令的输出作为第二个命令的输出，在一行命令中完成以下工作。因为我们没有将火焰图的git文件夹加入到PATH变量中，因此要使用完整路径。

SHELL> ~/src/FlameGraph/stackcollapse-perf.pl perf.script | ~/src/FlameGraph/flamegraph.pl > flamegraph.svg

现在我们在任何浏览器打开.svg文件并开始分析富含信息的图形。

看起来如何

作为示例，我将使用第2种抓取数据的方法的完整命令、输出和生成火焰图的屏幕截图帖在如下。我们执行INSERT INTO...SELECT语句，我们可以分析执行过程。

SHELL> time sudo perf record -a -F 99 -g \
-p $(pgrep -x mysqld) \
-- mysql test -e "INSERT INTO joinit SELECT NULL, uuid(), time(now()),  (FLOOR( 1 + RAND( ) *60 )) FROM joinit;"
Warning:
PID/TID switch overriding SYSTEM
[ perf record: Woken up 7 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 1.909 MB perf.data (8214 samples) ]

real 1m24.366s
user 0m0.133s
sys 0m0.378s

SHELL> sudo perf script | \ 
~/src/FlameGraph/stackcollapse-perf.pl perf.script | \
~/src/FlameGraph/flamegraph.pl > mysql_select_into_flamegraph.svg

敏锐的读者会注意到，我们在这里更进一步，通过一个管道（|）合并了步骤2和步骤3，避免向perf.script文件写入和读取数据。此外，还有时间输出，我们可以对工具生成的数据量进行估计（1分25秒生成约2Mb数据）；当然这取决于许多因素，所以要谨慎对待，并在自己的环境中进行测试。

生成的火焰图如下：

enter image description here

优化的一个明显的候选对象是write_record：如果我们使这个函数变的更快，那么就有很大潜力来减少整体执行时间（左下角的蓝色方框表示，我们可以看到60%的样本是在这个代码路径中获取的）。在下面的最后一个章节中，我们将提供一篇博客，该文章详细解释了如何解释火焰图，但是现在，您只需要知道移动鼠标在各个函数名上，它将动态地更改左下角显示的信息。您也可以通过以下指南更好理解它：