使用Gnu gprof进行Linux平台下的程序分析

来自51CTO.com读书频道，http://os.51cto.com/art/200703/41426_1.htm

Gprof 简介:
Gprof功能：打印出程序运行中各个函数消耗的时间，可以帮助程序员找出众多函数中耗时最多的函数。产生程序运行时候的函数调用关系，包括调用次数，可以帮助程序员分析程序的运行流程。
有了函数的调用关系，这会让开发人员大大提高工作效率，不用费心地去一点点找出程序的运行流程，这对小程序来说可能效果不是很明显，但对于有几万，几十万代码量的工程来说，效率是毋庸置疑的！而且这个功能对于维护旧代码或者是分析Open Source来说那是相当诱人的，有了调用图，对程序的运行框架也就有了一个大体了解，知道了程序的“骨架“，分析它也就不会再那么茫然，尤其是对自己不熟悉的代码和Open Source。费话不多说了，让我们开始我们的分析之旅吧！

Gprof 实现原理：
通过在编译和链接你的程序的时候（使用 -pg 编译和链接选项），gcc 在你应用程序的每个函数中都加入了一个名为mcount ( or  “_mcount”  , or  “__mcount” , 依赖于编译器或操作系统)的函数，也就是说你的应用程序里的每一个函数都会调用mcount, 而mcount 会在内存中保存一张函数调用图，并通过函数调用堆栈的形式查找子函数和父函数的地址。这张调用图也保存了所有与函数相关的调用时间，调用次数等等的所有信息。

Gprof基本用法：
1． 使用 -pg 编译和链接你的应用程序。

2． 执行你的应用程序使之生成供gprof 分析的数据。

3． 使用gprof 程序分析你的应用程序生成的数据。

 

Gprof 简单使用：
让我们简单的举个例子来看看Gprof是如何使用的。
1．打开linux终端。新建一个test.c文件，并生用-pg 编译和链接该文件。 test.c 文件内容如下：

 1 #include "stdio.h"

 2 #include "stdlib.h"

 3 

 4 void a(){

 5   printf("\t\t+---call a() function\n");

 6 }

 7 

 8 void c(){

 9   printf("\t\t+---call c() function\n");

10 }

11 

12 int b(){

13 printf("\t+--- call b() function\n");

14 a();

15 c();

16 return 0;

17 }

18 int main(){

19   printf(" main() function()\n");

20   b();

21 }

命令行里面输入下面命令，没加-c选项，gcc 会默认进行编译并链接生成a.out：

[linux /home/test]$gcc -pg test.c

如果没有编译错误，gcc会在当前目录下生成一个a.out文件，当然你也可以使用 –o 选项给生成的文件起一个别的名字，像 gcc –pg test.c –o test , 则gcc会生成一个名为test的可执行文件,在命令行下输入[linux /home/test]$./test , 就可以执行该程序了，记住一定要加上 ./ 否则程序看上去可能是执行，可是什么输出都没有。

 

2．执行你的应用程序使之生成供gprof 分析的数据。  命令行里面输入:

[linux /home/test]$a.out main() function() +--- call b() function +---call a() function +---call c() function [linux /home/test]$

你会在当前目录下看到一个gmon.out 文件， 这个文件就是供gprof 分析使用的。

 

3．使用gprof 程序分析你的应用程序生成的数据。
命令行里面输入:

[linux /home/test]$ gprof -b a.out gmon.out | less

由于gprof输出的信息比较多，这里使用了 less 命令，该命令可以让我们通过上下方向建查看gprof产生的输出，| 表示gprof -b a.out gmon.out 的输出作为 less的输入。下面是我从gprof输出中摘抄出的与我们有关的一些详细信息。

%     cumulative    self              self     total time   seconds     seconds    calls  Ts/call  Ts/call  name 0.00      0.00     0.00        1     0.00     0.00  a 0.00      0.00     0.00        1     0.00     0.00  b 0.00      0.00     0.00        1     0.00     0.00  c Call graph granularity: each sample hit covers 4 byte(s) no time propagated index % time    self  children    called     name 0.00    0.00       1/1           b [2] [1]      0.0    0.00    0.00       1         a [1] ----------------------------------------------- 0.00    0.00       1/1           main [10] [2]      0.0    0.00    0.00       1         b [2] 0.00    0.00       1/1           a [1] 0.00    0.00       1/1           c [3] ----------------------------------------------- 0.00    0.00       1/1           b [2] [3]      0.0    0.00    0.00       1         c [3]

 

从上面的输出我们能明显的看出来，main 调用了 b 函数， 而b 函数分别调用了a 和 c 函数。由于我们的函数只是简单的输出了一个字串，故每个函数的消耗时间都是0 秒。

gprof产生的信息解释如下:

gprof产生的信息解释

常用的Gprof 命令选项解释：

 

-b不再输出统计图表中每个字段的详细描述。

-p 只输出函数的调用图（Call graph 的那部分信息）。

-q 只输出函数的时间消耗列表。

-E Name不再输出函数Name 及其子函数的调用图，此标志类似于 -e 标志，但它在总时间和百分比时间的计算中排除了由函数Name 及其子函数所用的时间。

-e Name 不再输出函数Name 及其子函数的调用图（除非它们有未被限制的其它父函数）。可以给定多个 -e 标志。一个 -e 标志只能指定一个函数。

-F Name 输出函数Name 及其子函数的调用图，它类似于 -f 标志，但它在总时间和百分比时间计算中仅使用所打印的例程的时间。可以指定多个 -F 标志。一个 -F 标志只能指定一个函数。-F 标志覆盖 -E 标志。

-f Name输出函数Name 及其子函数的调用图。可以指定多个 -f 标志。一个 -f 标志只能指定一个函数。

-z 显示使用次数为零的例程（按照调用计数和累积时间计算）。

到这为止你可能对gprof 有了一个比较感性的认识了，你可能会问如何用它去分析一个真正的Open Source 呢！下面就让我们去用gprof去分析一个Open Source，看看如何去在真实的环境中使用它。

使用Gprof 分析 Cflow开源项目
CFlow 是程序流程分析工具，该工具可以通过分析C源代码，产生程序调用图！有点跟Gprof差不多，不过CFlow是通过源代码进行的静态分析并且 不能分析C++ 程序,你可以到http://www.gnu.org/software/cflow/去下载源代码。

假设你已经下载了该源代码（cflow-1.1.tar.gz）,并把它放置在/home目录下，让我们看看如何在这个应用上使用gprof。
1． 使用 -pg 编译和链接该应用程序,请输入下列命令。

[linux /home/]tar zxvf cflow-1.1.tar.gz [linux /home/cflow-1.1/src]$./configure [linux /home]$make CFLAGS=-pg LDFLAGS=-pg

如果没有出错你会在/home/cflow-1.1/src 目录下发行一个名为cflow的可执行文件，这就是我们加入-pg编译选项后编译出来的可以产生供gprof提取信息的可执行文件。记住一定要在编译和链接的时候都使用-pg选项，否则可能不会产生gmon.out文件。对于cflow项目，CFLAGS=-pg 是设置它的编译选项，LDFLAGS=-pg是设置它的链接选项。当然你也可以直接修改它的Makefile来达到上述相同的目的，不过一定要记住编译和链接都要使用-pg选项。

 

2． 运行cflow 程序使之生成gmon.out 文件供gprof使用。

[linux /home/cflow-1.1/src]$cflow parser.c

查看/home/cflow-1.1/src目录下有没有产生gmon.out文件，如果没有请重复第一步，并确认你已经在编译和链接程序的时候使用了-pg 选项。Cflow的使用请参考http://www.gnu.org/software/cflow/manual/cflow.html。

 

3． 使用gprof分析程序
[linux /home/cflow-1.1/src]$gprof -b cflow gmon.out | less
恭喜你，不出意外你会在屏幕上看到gprof的输出，函数消耗时间和函数调用图，下面是我从我的输出中摘抄出来的一小段。

%   cumulative   self              self     total time   seconds   seconds    calls  Ts/call  Ts/call  name 0.00      0.00     0.00   118262     0.00     0.00  include_symbol 0.00      0.00     0.00    92896     0.00     0.00  is_printable 0.00      0.00     0.00    28704     0.00     0.00  set_level_mark 0.00      0.00     0.00    28703     0.00     0.00  is_last 0.00      0.00     0.00    19615     0.00     0.00  auto_processor 0.00      0.00     0.00    15494     0.00     0.00  gnu_output_handler 0.00      0.00     0.00    12286     0.00     0.00  delete_parm_processor 0.00      0.00     0.00     7728     0.00     0.00  newline 0.00      0.00     0.00     7728     0.00     0.00  print_function_name 0.00      0.00     0.00     7728     0.00     0.00  print_level 。。。。。。 。。。。。。 Call graph granularity: each sample hit covers 4 byte(s) no time propagated index % time    self  children   called     name [1]      0.0    0.00    0.00     79+855  [1] 0.00    0.00    166     dcl [52] 0.00    0.00    163     parse_dcl [53] 0.00    0.00    150     dirdcl [56] 0.00    0.00    129     parse_declaration [63] 0.00    0.00     98     parse_variable_declaration [66] 0.00    0.00     63     maybe_parm_list [69] 0.00    0.00     63    parse_function_declaration [70] 0.00    0.00     39    func_body [74] 。。。。。。 。。。。。。

 

通过分析％time你就知道了那个函数消耗的时间最多，你可以根据这个输出信息做有目的的优化，不过cflow执行的速度是在是太快了，以至％time都是0 (消耗时间是以秒为单位进行统计的)。