perf 工具详解

perf（Performance Counters for Linux）是 Linux 系统上的一个强大的性能分析工具，用于监控和分析系统及应用程序的性能。它基于 Linux 内核的 Performance Event Subsystem（perf_events），能够收集硬件（如 CPU 计数器）和软件（如上下文切换、缺页异常）的性能数据。

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perf 的主要功能

perf 提供了多种子命令，用于不同的性能分析场景：

子命令	用途
perf stat	统计程序运行时的性能事件（如 CPU 周期、缓存命中率等）
perf record	记录性能数据（生成 perf.data 文件）
perf report	分析 perf record 记录的数据
perf top	实时显示系统中最耗 CPU 的函数
perf annotate	查看代码级别的性能热点
perf trace	类似 strace，跟踪系统调用
perf bench	运行内核微基准测试

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perf 的典型用途

1. CPU 性能分析

• 查看哪些函数占用 CPU 最多

  perf top
  

• 统计程序的 CPU 使用情况

  perf stat ./my_program
  

• 记录程序的调用栈（火焰图分析）

  perf record -g ./my_program
  perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > flame.svg
  

2. 内存分析

• 统计缓存命中率

  perf stat -e cache-misses,cache-references ./my_program
  

• 分析内存访问模式

  perf record -e mem-loads,mem-stores ./my_program
  

3. I/O 和系统调用分析

• 跟踪系统调用

  perf trace ./my_program
  

• 分析磁盘 I/O 延迟

  perf record -e block:block_rq_issue,block:block_rq_complete
  

4. 锁和调度分析

• 分析多线程程序的锁竞争

  perf record -e sched:sched_stat_wait ./my_threaded_program
  

• 查看上下文切换情况

  perf stat -e context-switches ./my_program
  

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perf 的底层原理

perf 基于 Linux 内核的 perf_events 子系统，可以访问：

• 硬件性能计数器（PMCs）：如 CPU 周期、指令数、缓存命中/失效等。
• 软件事件：如上下文切换、缺页异常、调度事件等。
• 动态探针（kprobes/uprobes）：跟踪内核和用户态函数调用。

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perf 的安装

在大多数 Linux 发行版上，perf 可以通过包管理器安装：

# Ubuntu/Debian
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic

# CentOS/RHEL
sudo yum install perf

# Arch Linux
sudo pacman -S perf

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总结

perf 是 Linux 系统性能分析的瑞士军刀，可用于：
✅ CPU 热点分析
✅ 内存访问模式分析
✅ I/O 和系统调用跟踪
✅ 锁竞争和调度分析
✅ 火焰图生成（FlameGraph）

如果你需要优化程序性能或排查系统瓶颈，perf 是一个非常强大的工具！ 🚀