使用oprofile分析性能瓶颈

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1. oprofile简介

oprofile 是 Linux 平台上的一个功能强大的性能分析工具， 支持两种采样(sampling)方式：基于事件的采样(event based)和基于时间的采样(time based)。

基于事件的采样是oprofile只记录特定事件（比如L2 cache miss）的发生次数，当达到用户设定的 定值时oprofile 就记录一下（采一个样）。这种方式需要CPU 内部有性能计数器(performace counter)。

基于时间的采样是oprofile 借助OS 时钟中断的机制，每个时钟中断 oprofile 都会记录一次(采一次样）。引入的目的在于，提供对没有性能计数器 CPU 的支持。其精度相对于基于事件的采样要低。因为要借助 OS 时钟中断的支持，对禁用中断的代码oprofile不能对其进行分析。

oprofile 在Linux 上分两部分，一个是内核模块(oprofile.ko)，一个为用户空间的守护进程(oprofiled)。前者负责访问性能计数器或者注册基于时间采样的函数(使用register_timer_hook注册之，使时钟中断处理程序最后执行profile_tick 时可以访问之)，并采样置于内核的缓冲区内。后者在后台运行，负责从内核空间收集数据，写入文件。

2. oprofile安装

(1)从http://prdownloads.sourceforge.net/下载最新版的oprofile.现在最新的版本是0.9.3.
(2)解开下载的安装包，编译并安装
tar -xvzf oprofile-0.9.3.tar.gz
cd oprofile-0.9.3
./configure --with-kernel-support
make
make install
这样oprofile就被安装在/usr/local/bin下。可以通过在configure指定--exec-prefix来改变安装的目录。 安装完成后，在/usr/local/bin可以发现如下的工具集

/usr/bin/oprofiled 守护进程
/usr/bin/opcontrol 控制前端，负责控制与用户交互，用得最多
/usr/bin/opannotate 根据搜集到的数据，在源码或者汇编层面上注释并呈现给用户
/usr/bin/opreport 生成二进制镜像或符号的概览
/usr/bin/ophelp 列出oprofile支持的事件
/usr/bin/opgprof 生成gprof格式的剖析数据

3. oprofile使用

(1)初始化
opcontrol --init

(2)配置
主要设置计数事件和样本计数，以及计数的CPU模式（用户态、核心态）
opcontrol --setup --event=CYCLES:1000::0:1

则是设置计数事件为CYCLES，即对处理器时钟周期进行计数
样本计数为1000，即每1000个时钟周期，oprofile 取样一次。
处理器运行于核心态则不计数
运行于用户态则计数

--event=name:count:unitmask:kernel:user

name: event name, e.g. CYCLES or ICACHE_MISSES
count: reset counter value e.g. 100000
unitmask: hardware unit mask e.g. 0x0f
kernel: whether to profile kernel: 0 or 1
user: whether to profile userspace: 0 or 1

(3)启动
opcontrol --no-vmlinux --start
使用--no-vmlinux不分析内核

(4)分析如下的程序
#include
main()
{
int i = 0, sum = 0;

for ( ; i < 100; i++ )
sum += i;

printf("sum=%d\n", sum);
while ( 1 ) { };
}
将以上程序存为count.c，然后编译连接生成可执行文件
gcc -g -o count count.c
./count &

用oprofile分析
opcontrol --dump
opreport -g -l ./count

输出：

CPU: PIII, speed 800 MHz (estimated)
Counted CPU_CLK_UNHALTED events (clocks processor is not halted) with a unit mask of 0x00 (No unit mask) count 100000
samples % linenr info symbol name
205214 100.000 count.c:3 main