perf是Linux的一款性能分析工具，能够进行函数级和指令级的热点查找，可以用来分析程序中热点函数的CPU占用率，从而定位性能瓶颈。

系统性能优化通常可以分为两个阶段：性能分析和性能优化。

性能分析的目的是查找性能瓶颈、热点代码，分析引发性能问题的原因；

基于性能分析，可以进行性能优化，包括：算法优化（空间复杂度和时间复杂度的权衡）和代码优化（提高执行速度、减少内存占用）。

1、perf的原理

Linux性能计数器是一个基于内核的子系统，它提供一个性能分析框架，比如硬件（CPU、PMU（PerformanceMonitoringUnit））功能和软件（软件计数器、tracepoint）功能。

通过perf，应用程序可以利用PMU、tracepoint和内核中的计数器来进行性能统计。

Perf可以对程序进行函数级别的采样，从而了解程序的性能瓶颈在哪里。其基本原理是：每隔一个固定时间，就是CPU上产生一个中断，看当前是哪个进程、哪个函数，然后给对应的进程和函数加一个统计值，这样就知道CPU有多少时间在某个进程或某个函数上了。

2、perf的安装

在终端输入下面命令即可：

sudoaptinstalllinux-tools-commonlinux-tools-genericlinux-tools-`uname-r`

3、top的使用

top命令也是Linux下的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况。

使用perf之前，可以先用top命令查看指定进程（xxx）的CPU占用率是否异常，命令如下：

top-p`psaux|grep"xxx"|grep-vgrep|cut-c9-15`-d1-b

上面命令的含义是通过top查看指定进程（xxx）的整体运行情况，其中，

top-p：指定进程

top-d1：指定屏幕刷新时间，1s刷新一次

top-b：表示以批处理模式操作

psaux：列出所有进程

grep：查找指定进程

grep-v：反向查找

cut-c9-15：选择每行指定列的字符

4、perf的使用

使用perf进行性能分析，主要使用下面两个命令：

perfrecord：保存perf追踪的内容，文件名为

perfreport：解析的内容

比如要分析进程xxx，启动该进程后，首先启动使用下面命令：

sudoperfrecord-a--call-graphdwarf-p`psaux|grep"xxx"|grep-vgrep|cut-c9-15`

其中，

-a：表示对所有CPU采样

--call-graphdward：表示分析调用栈的关系

-p：表示分析指定的进程

通过Ctrl+C结束后，会生成文件，然后通过report导出报告，即可以查看main函数和子函数的CPU平均占用率。

5、perf使用示例

比如，有下面一段代码。

includecmathusingnamespacestd;voidfor_loop(){for(inti=0;i1000;i++){for(intj=0;j10000;j++){intx=sin(i)+cos(j);}}}voidloop_small(){for(inti=0;i10;i++){for_loop();}}voidloop_big(){for(inti=0;i100;i++){for_loop();}}intmain(){loop_big();loop_small();return0;}

其中，

for_loop()是一个两层循环，每次都要计算正弦和余弦的和，这是一个比较耗时的函数；

loop_small()把for_loop()循环10次；

loop_big()把for_loop()循环100次。

可以明显看出main()函数中loop_big()函数会占大部分CPU，下面通过perf命令验证下。

1）假设指定可执行文件的名称为“perf_for”，

g++perf__for

2）运行perf_for之后，启动perfrecord：

sudoperfrecord-a--call-graphdwarf-p`psaux|grep"perf_for"|grep-vgrep|cut-c9-15`-d1-b

3）结束后，通过perfreport导出报告：

如下图所示，可以看出main函数90%的CPU都花在loop_big()函数上。

优化时就可以考虑：

首先考虑优化for_loop()函数，主要是sin和cos的计算；

若for_loop()函数无法优化，就考虑优化loop_big()，比如减少for_loop()函数的调用次数。