Perf 使用说明

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发布版本：1.0　·　页数：8　·　语言：中文

原始文档：Rockchip_Quick_Start_Linux_Perf_CN.pdf

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章节大纲

• Perf 使用说明（P1）
  • 1 介绍（P1）
  • 2 功能（P2）
  • 3 在 Android 平台使用（P2）
    • 3.1 准备工作（P2）
    • 3.2 获取当前平台支持的事件（P4）
    • 3.3 获取系统热点进程（P4）
    • 3.4 获取进程的统计信息（P5）
    • 3.5 收集进程的 profile 数据（P5）
    • 3.6 分析 profile 数据（P5）
    • 3.7 FlameGraph（P6）
  • 4 在 Linux 平台使用（P6）
  • 5 Simpleperf 使用（P8）

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芯片名称	内核版本
全系列	4.4

日期	版本	作者	修改说明
2017-12-25	V1.0	陈谋春

1 介绍2 功能3 在 Android 平台使用3.1 准备工作3.2 获取当前平台支持的事件3.3 获取系统热点进程3.4 获取进程的统计信息3.5 收集进程的 profile 数据3.6 分析 profile 数据3.7 FlameGraph 4 在 Linux 平台使用5 Simpleperf 使用

1 介绍

Perf 是从 Linux 2.6 开始引入的一个 profiling 工具，通过访问包括 pmu 在内的软硬件性能计数器来分析性能，支持多架构，是目前 Kernel 的主要性能检测手段，和 Kernel 代码一起发布，所以兼容性良好。

2 功能

性能瓶颈如果要分类的话，大致可以分为几个大类：cpu／gpu／mem／storage，其中 gpu 用 Perf没法探测（这个目前比较好用的工具就只有 DS5），storage 只能用 tracepoint 来统计。总的说来，Perf 还是侧重于分析 cpu 的性能，其他功能都不是很好用。

$ perf

usage: perf [--version] [--help] COMMAND [ARGS]

The most commonly used perf commands are: annotate       Read perf.data (created by perf record) and display annotated code archive         Create archive with object files with build-ids found in perf.data file bench           General framework for benchmark suites buildid-cache   Manage <tt>build-id</tt> cache. buildid-list   List the buildids in a perf.data file diff           Read two perf.data files and display the differential profile inject         Filter to augment the events stream with additional information kmem           Tool to trace/measure kernel memory(slab) properties kvm             Tool to trace/measure kvm guest os list           List all symbolic event types lock           Analyze lock events probe           Define new dynamic tracepoints record         Run a command and record its profile into perf.data report         Read perf.data (created by perf record) and display the profile sched           Tool to trace/measure scheduler properties (latencies) script         Read perf.data (created by perf record) and display trace output stat           Run a command and gather performance counter statistics test           Runs sanity tests. timechart       Tool to visualize total system behavior during a workload top             System profiling tool.

See 'perf help COMMAND' for more information on a specific command.

其中比较常用的功能有几个：

record：收集 profile 数据report：根据 profile 数据生成统计报告stat：打印性能计数统计值top：cpu 占有率实时统计

3 在 Android 平台使用

3.1 准备工作

1. 首先按 Google 或芯片厂商的指导，构建一个完整的 Android 和 Kernel 的编译环境（如果不关心Kernel 可以忽略）, 这样分析的时候符号表才能匹配上。2. 编译 Perf

~$ . build/envsetup.sh ~$ lunch ~$ mmm external/linux-tools-perf ~$ adb root ~$ adb remount ~$ adb push perf /system/bin/ ~$ adb shell sync

3. 准备符号文件符号文件可以简单分为三类：a. 平台 native 代码，这部分代码在编译的过程中会自动生成符号表，不需要我们干预b. 平台 java 代码，对于 art 虚拟机来说（老版本的 dalvik 就不说了）最终的编译结果是 oat 文件，这也是正规的 elf 文件，但是默认是不带 debug 信息。而新版本的 Android 也提供了自动生成 java 符号表的工具：

bash art/tools/symbolize.sh

c. 第三方 apk，如果是来自开源社区，则可以通过修改 makefile 和套用 Android 提供的 java 符号表工具来生成符号表文件，然后拷贝到 Android 的符号表目录，==注意路径必须要和设备上的完全一致==，可以通过 showmap 来获取设备上的路径。

~$ adb shell showmap apk_pid 38540 36296 36296 0 0 36216 80 0 3 /data/app/com.android.webview-2/lib/arm/libwebviewchromium.so ~$ cp libwebviewchromium.so $ANDROID_PRODUCT_OUT/symbols/data/app/com.android.webview- 2/lib/arm/libwebviewchromium.so

如果是商业的 apk，基本上已经做过混淆和 strip，除非开发商能配合，不然就没招。

4. 稍微新一点的 Android 都开起了 Kernel 的指针保护，这也会影响 Perf 的 record，所以需要临时关闭保护：

~$ adb shell echo 0 > /proc/sys/kernel/kptr_restrict

5. 为了方便分析，一般会把 record 的数据 pull 到 host 端，在 host 端做分析，所以需要在设备端也安装一下 Perf 工具，ubuntu 下安装命令如下：

~$ sudo apt-get install linux-tools-common

6. 目前大部分的 Android 平台默认 Perf 功能都是打开的，所以一般不需要重新配置 Kernel，如果碰到 Perf 被关闭的情况，可以打开下面几个配置

CONFIG_PERF_EVENTS=y CONFIG_HW_PERF_EVENTS=y

3.2 获取当前平台支持的事件

rk3399:/data/local # ./perf list List of pre-defined events (to be used in -e): cpu-cycles OR cycles                               [Hardware event] instructions                                       [Hardware event] cache-references                                   [Hardware event] cache-misses                                       [Hardware event] branch-instructions OR branches                   [Hardware event] branch-misses                                     [Hardware event] bus-cycles                                         [Hardware event]

cpu-clock                                         [Software event] task-clock                                         [Software event] page-faults OR faults                             [Software event] context-switches OR cs                             [Software event] cpu-migrations OR migrations                       [Software event] minor-faults                                       [Software event] major-faults                                       [Software event] alignment-faults                                   [Software event] emulation-faults                                   [Software event] dummy                                             [Software event]

L1-dcache-loads                                   [Hardware cache event] L1-dcache-load-misses                             [Hardware cache event] L1-dcache-stores                                   [Hardware cache event] L1-dcache-store-misses                             [Hardware cache event] L1-dcache-prefetch-misses                         [Hardware cache event] L1-icache-loads                                   [Hardware cache event] L1-icache-load-misses                             [Hardware cache event] dTLB-load-misses                                   [Hardware cache event] dTLB-store-misses                                 [Hardware cache event] iTLB-load-misses                                   [Hardware cache event] branch-loads                                       [Hardware cache event] branch-load-misses                                 [Hardware cache event]

实际上 Android 移植的 Perf 还不完整，tracepoint 的事件还不支持，例如：block 事件，所以如果想要抓去一些内核子系统的性能信息就无法满足。Android 7.0 开始已经去掉了 Perf 工具，替代它的是Simpleperf 1 工具，对 tracepoint 的支持比原来的好很多。

3.3 获取系统热点进程

Perf 中的 top 工具可以列出当前 cpu 的热点，还可以附加 Kernel 的符号表让信息可方便分析。命令如下：

$ adb shell mkdir -p /data/local/symbols
$ adb push vmlinux /data/local/symbols/vmlinux
$ adb shell

# perf top --vmlinux=/path/to/vmlinux -d 2

结果输出如下：perf top 还可以只抓取指定进程的 pid，这一般是用在要优化某个程序是非常有用，命令如下：

perf top --vmlinux=/path/to/vmlinux -d 2 -p pid_of_prog

perf top 还和系统的 top 一样可以指定刷新间隔 2 , 以上命令中的-d 选项就是这个功能，单位是秒。

3.4 获取进程的统计信息

perf stat 用于获取进程某个时间段内的 pmu 统计信息，命令如下：

# ./perf stat -p 1415

ctrl+c 退出，或发信号让 Perf 进程退出都可以看到统计结果，例如：

一些明显的异常值会被标注为红色，例如上图是浏览器跑 fishtank 时候抓的统计信息，可以看到分支预测的失败率非常高，结合 Perf 的热点分析工具可以进一步缩小范围找到分支预测失败的原因。

3.5 收集进程的 profile 数据

perf record 用于记录详细的 profile 数据，可以指定记录某个进程，还可以记录调用栈，命令如下：

# perf record -g -p pid -o /data/local/perf.data

也可以指定只抓取某个事件，事件列表可以通过上面的 perf list 得到，例如：

# ./perf record -e cache-misses -p 1415

3.6 分析 profile 数据

perf report 用户分析抓到的 profile 数据，一般会先把数据发到 pc 上再分析，命令如下：

adb pull /data/local/perf.data

perf report --objdump=aarch64-linux-android-objdump --vmlinux=/path/to/vmlinux - -symfs ANDROID_PRODUCT_OUT/symbols -i perf.data

结果如图：

上图有‘+’的地方可以用‘enter’键来遍历其调用关系。

3.7 FlameGraph

还可以通过一些脚本来方便分析调用关系，Flame Graph 就是一个比较好用的可视化分析工具。

下载：

git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git

生成图形：

perf script --vmlinux=<kernel_folder>/vmlinux --symfs $ANDROID_PRODUCT_OUT/symbols -i perf.data | FlameGraph/stackcollapse-perf.pl | FlameGraph/flamegraph.pl > flamegraph.html

4 在 Linux 平台使用

arm 版本的 linux 发行版很多都没有提供 Perf 的包，所以需要自己手动编译一个 Perf，由于 Perf 依赖的 elfutils/binutils/zlib，所以实际上需要交叉编译四个东西。

首先编译 zlib，源码地址CC=aarch64-linux-gnu-gcc ./configure -- prefix=/home/cmc/workspace/linaro/toolchain/armlinux/aarch64/gcc-linaro-6.3.1- 2017.02-x86_64_aarch64-linux-gnu/aarch64-linux-gnu/libc/usr

make && make install

==Note: prefix 要指向你的交叉编译工具的库目录==

编译 elfutils，我直接用的最新的版本的：

git clone git://sourceware.org/git/elfutils.git

配置：

cd /path/to/elfutils

mkdir build ./configure --enable-maintainer-mode --host=aarch64-linux-gnu -- prefix=/home/cmc/workspace/linaro/elfutils/build

修改 Makefile： 删除 elfutils 根目录下 Makefile 里面的 libcpu

修改 backends/Makefile： 删除 backends/Makefile 中的 libebl_i386 和 libebl_x86_64 有关的所有东西

编译：

make && make install

编译 binutils，这个要考虑和 gcc 版本的兼容，我用的 2.28.1 的版本，源代码地址

cd /path/to/binutils

mkdir build ../configure --target=aarch64-linux-gnu --host=aarch64-linux-gnu -- prefix=/home/cmc/workspace/linaro/binutils-2.28.1/build

make && make install

编译 Perf，Perf 是 Kernel 一起发布的，所以直接下载一个 Kernel 就有了，但是交叉编译的话，需要改一些东西：

修改 Makefile.perf，在前面加入：

EXTRA_CFLAGS=-I/path/to/elfutils/build/inclue -L/path/to/elfutils/build/lib - I/path/to/binutils/build/include -L/path/to/binutils/build/lib WERROR=0 NO_LIBPERL=1 NO_LIBPYTHON=1

编译

cd /path/to/kernel/tools/perf
make -f Makefile.perf perf ARCH=arm64

CROSS_COMPILE=/home/cmc/workspace/linaro/toolchain/armlinux/aarch64/gcc-linaro- 6.3.1-2017.02-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/aarch64-linux-gnu- -j8理论上在 arm 的 linux 发行版上直接编译 Perf 应该也是可以的，但是我没有试过。用法的话和Android 是一样的，这里就不叙说了。

5 Simpleperf 使用

Android 7.0 开始提供了一个更完整的 Perf 版本 Simpleperf：

source build/envsetup.sh

lunch mmma system/extras/simpleperf

Simpleperf 相对之前 google 移植的 Perf 有以下改进

支持剖析 apk 中兼容的共享库，从 .gnu_debugdata 段读取符号表和调试信息提供更方便分析的脚本纯静态，所以和 Android 版本无关，只要指令集兼容都能跑

ndk r13 开始就提供了 Simpleperf 工具，所以也可以直接下载编译好的工具：

git clone https://aosp.tuna.tsinghua.edu.cn/platform/prebuilts/simpleperf

用法上和 Perf 是类似的，命令基本通用，可以直接参考上面 Perf 的命令。

Simpleperf 更多信息， 特别是调试 java 程序的方法，请参考官方手册

1. 后面也会简单介绍一些Simpleperf↩

2. 这个是指top统计信息的刷新间隔而不是采样间隔↩