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Linux系统中的Perf总结

Perf 是一个集成在 Linux 内核中的强大性能分析工具，在 Ubuntu 系统上尤为实用。它可以帮助用户监控和分析 CPU、内存、I/O 等性能指标。本文将一步步详解 Perf 在 Ubuntu 系统中的安装、使用方法及进阶技巧，带你从入门走向精通。

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第一步：认识 Perf

Perf（Performance Counters for Linux）是一个基于内核的性能分析工具，支持硬件事件（如 CPU 周期、缓存命中）和软件事件（如系统调用、上下文切换）的监控。它适用于：

• 性能瓶颈定位
• 系统优化
• 实时和离线分析

在 Ubuntu 上，Perf 是开发者和系统管理员的必备工具。

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第二步：安装 Perf

在 Ubuntu 上安装 Perf 非常简单，以下是详细步骤：

使用 APT 安装（推荐）

1. 更新软件包索引：

   sudo apt update
   

2. 安装 Perf：

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

   • linux-tools-common 提供 Perf 核心工具。
   • linux-tools-$(uname -r) 确保与当前内核版本匹配。
3. 验证安装：

   perf --version
   

   输出示例：perf version 5.15.0。

从源码安装（可选）

若需最新版本：

1. 安装依赖：

   sudo apt install build-essential flex bison libelf-dev libdw-dev libnewt-dev libssl-dev libunwind-dev
   

2. 下载并编译：

   git clone https://github.com/torvalds/linux.git
   cd linux/tools/perf
   make
   sudo make install
   

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第三步：掌握基本用法

Perf 提供多个子命令，以下是核心功能介绍：

1. perf stat - 统计性能

统计程序运行时的性能数据。

• 示例：

  perf stat ./myprogram
  

  输出 CPU 周期、指令数等。

2. perf record - 记录数据

记录性能数据到 perf.data 文件。

• 示例：

  perf record ./myprogram
  

3. perf report - 分析数据

分析 perf record 记录的数据。

• 示例：

  perf report
  

4. perf top - 实时监控

实时显示性能热点。

• 示例：

  sudo perf top
  

5. perf list - 查看事件

列出支持的性能事件。

• 示例：

  perf list
  

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第四步：深入核心子命令

以下是具体用法和示例：

perf stat

• 监控特定程序：

  perf stat ./myprogram
  

• 监控系统整体：

  sudo perf stat -a sleep 10
  

perf record

• 记录调用栈：

  perf record -g ./myprogram
  

• 指定事件：

  perf record -e cpu-clock ./myprogram
  

perf report

• 查看分析结果：

  perf report
  

  显示函数占用比例。

perf top

• 实时监控缓存未命中：

  sudo perf top -e cache-misses
  

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第五步：进阶应用

掌握以下技巧，提升 Perf 使用水平：

1. 监控多线程

• 监控特定进程：

  perf record -p 1234
  

2. 硬件事件分析

• 监控 L1 缓存未命中：

  perf stat -e L1-dcache-load-misses ./myprogram
  

3. 系统调用跟踪

• 跟踪 open 调用：

  perf trace -e open ./myprogram
  

4. 生成火焰图

1. 安装工具：

   sudo apt install flamegraph
   

2. 生成：

   perf record -F 99 -g ./myprogram
   perf script | flamegraph > flame.svg
   

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第六步：实战案例

问题：程序 CPU 使用率高

1. 记录数据：

   perf record -g ./myprogram
   

2. 分析：

   perf report
   

   发现 compute 函数占用 60%。
3. 优化：修改代码，减少循环。
4. 验证：

   perf stat ./myprogram
   

   CPU 使用率降低。

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第七步：学习路径

• 入门：安装 Perf，掌握 perf stat 和 perf list。
• 进阶：使用 perf record、report 和 top 分析程序。
• 精通：结合火焰图、系统调用跟踪优化性能。

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总结

通过以上步骤，你可以在 Ubuntu 上从零开始掌握 Perf。从安装到实战，Perf 能帮助你深入理解系统性能并优化应用。继续探索高级功能（如 eBPF 集成），你将更熟练地应对复杂场景！