linux 性能与内存分析工具

linux-tools 包含了一系列性能分析工具和调试工具，用于监视和分析 Linux 系统的性能、内核活动以及其他性能相关信息。具体包含的工具可能因不同的 Linux 发行版和版本而有所不同。以下是一些常见的工具，可能包含在 linux-tools 或相关的包中：

1. perf：perf 工具集，包括 perf record、perf stat、perf report 等，用于性能分析、系统调用跟踪、硬件性能计数器分析等。
2. oprofile：性能分析工具，用于 CPU 使用情况分析、性能瓶颈诊断以及优化。
3. trace-cmd：用于跟踪和分析 Linux 内核跟踪事件的工具。
4. sysstat：包含 sar、iostat、mpstat 等工具，用于系统活动报告和性能监视。
5. strace：系统调用跟踪工具，用于分析进程的系统调用和信号。
6. ltrace：库调用跟踪工具，用于监视进程调用的共享库函数。
7. htop：增强版的 top，用于实时监视进程和系统性能。
8. powertop：用于监视和分析电源消耗的工具。
9. blktrace：块设备层的性能分析工具，用于分析磁盘和存储性能。
10. strace：用于跟踪进程的系统调用。
11. iostat：用于监视系统的磁盘和 IO 性能。
12. numactl：NUMA（非一致性内存访问）相关工具，用于优化 NUMA 架构系统的性能。
    请注意，具体的工具和版本可能会因 Linux 发行版和系统配置而有所不同。你可以使用包管理工具（如 apt、yum 或 dnf）来查找和安装适用于你的系统的 linux-tools 或相关工具包。在 Ubuntu 上，你可以使用以下命令来列出可用的 linux-tools 子包：

apt search linux-tools

然后，使用相应的命令来安装你需要的工具包

sudo apt-get update
sudo apt-get install linux-tools-common linux-tools-$(uname -r)

Linux C/C+ +开发(后端/音视频/游戏/嵌入式/高性能网络/存储/基础架构/安全)成长体系

perf

简单用法

# kun @ kun-KLVD-WXX9 in ~/dev-home/sysmonitor/build on git:master o [15:06:30] 
$ ps -A | grep sysM
 137892 pts/4    00:00:00 sysMonitor

# kun @ kun-KLVD-WXX9 in ~/dev-home/sysmonitor/build on git:master o [15:06:39] 
$ sudo perf record -p 137892         

上述过程会阻塞，直到用户执行ctrl+c
然后会生成perf.data在当前目录
执行sudo perf report就可以看到该进程的一些信息

按键盘的方向键盘可以选择某个函数，回车会查看一些具体的信息

按下回车会看到这些

Annotate acpi_ns_search_one_scope   # 这是当前的函数，回车进去可以看该函数的汇编代码
Zoom into sysMonitor thread         # 聚焦sysMonitor
Zoom into the Kernel DSO (use the 'k' hotkey to zoom directly into the kernel)  # 聚焦内核的性能数据
Browse map details
Run scripts for samples of symbol [acpi_ns_search_one_scope]
Run scripts for all samples
Switch to another data file in PWD 

perf record支持的一些选项

-e event：指定要记录的性能事件。可以多次使用该选项来记录多个事件。
-a：记录所有进程的事件。
-p PID：仅记录特定进程的事件，使用进程 ID（PID）指定。
-c cpu：限制记录到指定的 CPU 上。
-o filename：指定输出文件的名称，将记录的性能数据保存到文件中。
-F frequency：设置事件记录的频率，通常以 Hz 为单位。
--call-graph：指示记录调用图信息，用于分析函数调用关系。
--no-samples：禁用采样，只记录事件计数。
--no-inherit：禁止子进程继承父进程的事件记录。
--switch-output：切换输出文件，以便定期将数据写入不同的输出文件。
--overwrite：覆盖已存在的输出文件。
--append：将记录追加到已存在的输出文件。
--time：记录事件时采用时间戳。
--time-out：设置事件记录的时间限制。
--no-buffering：禁用缓冲，直接将数据写入输出文件。
--filter：根据进程、线程或事件名称进行过滤。
--exclude-perf：排除 perf 工具自身的事件。

strace

分析进程的系统调用和了解应用程序与操作系统之间的交互

# 指定pid
sudo strace -p xxx

# 直接启动程序
sudo strace ./xxx

strace的输出是目标进程的系统调用、参数、返回值等信息：

read(4, "cpu  724574 230290 3584138 87049"..., 1024) = 1024
close(4)                                = 0
openat(AT_FDCWD, "/sys/devices/system/cpu/online", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
read(4, "0-7\n", 1024)                  = 4
close(4)                                = 0
newfstatat(AT_FDCWD, "/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=561, ...}, 0) = 0
write(1, "2023-10-20-15-26-03, CPU usage: "..., 89) = 89
newfstatat(AT_FDCWD, "/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=561, ...}, 0) = 0
openat(AT_FDCWD, "/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/cpuinfo_cur_freq", O_RDONLY) = -1 ENOENT (没有那个文件或目录)
write(1, "2023-10-20-15-26-03, CPU freq(MH"..., 37) = 37
openat(AT_FDCWD, "/sys/class/net/wlp0s20f3/statistics/rx_bytes", O_RDONLY) = 4
newfstatat(4, "", {st_mode=S_IFREG|0444, st_size=4096, ...}, AT_EMPTY_PATH) = 0
read(4, "2207176195\n", 4096)           = 11
close(4)                                = 0
openat(AT_FDCWD, "/sys/class/net/wlp0s20f3/statistics/tx_bytes", O_RDONLY) = 4
newfstatat(4, "", {st_mode=S_IFREG|0444, st_size=4096, ...}, AT_EMPTY_PATH) = 0
read(4, "336795948\n", 4096)            = 10
close(4)                                = 0
newfstatat(AT_FDCWD, "/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=561, ...}, 0) = 0
write(1, "2023-10-20-15-26-03, net usage, "..., 58) = 58
openat(AT_FDCWD, "/sys/devices/system/cpu/online", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
read(4, "0-7\n", 1024)                  = 4
close(4)                                = 0
newfstatat(AT_FDCWD, "/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=561, ...}, 0) = 0
openat(AT_FDCWD, "/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp", O_RDONLY) = 4
read(4, "49000\n", 8191)                = 6
close(4)                                = 0
openat(AT_FDCWD, "/sys/class/thermal/thermal_zone1/temp", O_RDONLY) = 4
read(4, "53050\n", 8191)                = 6
close(4)                                = 0

ltrace

sudo apt install ltrace
# 监控pid
sudo ltrace -p ***

-S选项可以打印系统调用及其返回值

valgrind

sudo apt-get install valgrind
基本用法如下

我把程序ctrl c掉之后的输出如下：

==156612== Process terminating with default action of signal 2 (SIGINT)
==156612==    at 0x4C9B7F8: clock_nanosleep@@GLIBC_2.17 (clock_nanosleep.c:78)
==156612==    by 0x4CA0676: nanosleep (nanosleep.c:25)
==156612==    by 0x4CD211E: usleep (usleep.c:31)
==156612==    by 0x1162FC: main (main.cpp:154)
==156612== 
==156612== HEAP SUMMARY:
==156612==     in use at exit: 119,588 bytes in 108 blocks
==156612==   total heap usage: 50,265 allocs, 50,157 frees, 15,585,583 bytes allocated
==156612== 
==156612== 304 bytes in 1 blocks are possibly lost in loss record 67 of 93
==156612==    at 0x484DA83: calloc (in /usr/libexec/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==156612==    by 0x40147D9: calloc (rtld-malloc.h:44)
==156612==    by 0x40147D9: allocate_dtv (dl-tls.c:375)
==156612==    by 0x40147D9: _dl_allocate_tls (dl-tls.c:634)
==156612==    by 0x4C4B7B4: allocate_stack (allocatestack.c:430)
==156612==    by 0x4C4B7B4: pthread_create@@GLIBC_2.34 (pthread_create.c:647)
==156612==    by 0x4A44328: std::thread::_M_start_thread(std::unique_ptr<std::thread::_State, std::default_delete<std::thread::_State> >, void (*)()) (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.30)
==156612==    by 0x118C05: std::thread::thread<void (&)(int, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > const&), int&, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >&, void>(void (&)(int, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > const&), int&, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >&) (std_thread.h:143)
==156612==    by 0x1162E9: main (main.cpp:151)
==156612== 
==156612== LEAK SUMMARY:
==156612==    definitely lost: 0 bytes in 0 blocks
==156612==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==156612==      possibly lost: 304 bytes in 1 blocks
==156612==    still reachable: 119,284 bytes in 107 blocks
==156612==                       of which reachable via heuristic:
==156612==                         newarray           : 352 bytes in 1 blocks
==156612==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
==156612== Reachable blocks (those to which a pointer was found) are not shown.
==156612== To see them, rerun with: --leak-check=full --show-leak-kinds=all
==156612== 
==156612== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
==156612== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)

HEAP SUMMARY：这一部分提供了内存的总结信息。它告诉你在程序退出时有多少内存仍然处于使用中，以及程序运行期间分配和释放了多少内存。在这个示例中：

“in use at exit”：119,588 字节的内存仍然在程序退出时处于使用状态。
“total heap usage”：程序运行期间共分配了 50,265 块内存，释放了 50,157 块内存，总共分配了 15,585,583 字节的内存。
304 bytes in 1 blocks are possibly lost：这一行表示 Valgrind 发现了可能的内存泄漏。具体来说，它报告了 304 字节的内存可能已经丢失。它还提供了有关问题的位置和调用堆栈。

“304 bytes”：泄漏的内存大小为 304 字节。
“in loss record 67 of 93”：这是错误的编号，有助于定位问题。
“at 0x484DA83”：泄漏发生的地址。
“by 0x40147D9” 和以下的行：显示了函数调用堆栈，以便你可以追踪泄漏的来源。
LEAK SUMMARY：这一部分总结了内存泄漏的情况。

“definitely lost”：明确泄漏的内存，但在这个示例中是零。
“indirectly lost”：间接泄漏的内存，但在这个示例中是零。
“possibly lost”：可能泄漏的内存，这里报告了 304 字节的内存泄漏。
“still reachable”：仍然可达的内存，即程序退出时尚未释放但仍然可以访问的内存块。
“of which reachable via heuristic”：仍然可达的内存块，但通过启发式方法来判断的。
“suppressed”：被抑制的错误数，这里是零。
ERROR SUMMARY：这一部分提供了总体的错误概要。

“ERROR SUMMARY”：检测到的错误总数。
“errors from”：涉及到的上下文数（即错误的数量）。
“suppressed”：被抑制的错误数。
在这个示例中，Valgrind 发现了一个可能的内存泄漏，但没有发现明确的泄漏。你可以通过查看调用堆栈信息，尝试追踪问题的来源，并在代码中采取措施来解决可能的泄漏。

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