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作者：HywelStar
在作为一个嵌入式软件工程师中，置身于Linux 当中，无论在在做系统方面还是应用方面，满足了基本功能需求，后期还需要去考量性能方面的问题，需要考虑自身添加的部分是否带来一些隐患，或者起到一定的优化，结构代码设计是合理等。
对于性能分析工具目前有很多种如下图，做过性能分析都看过这张图，本章节主要介绍Perf工具；
1. Perf 工具介绍
Perf（Performance Analysis Tools for Linux）是一个功能强大且灵活的性能分析工具，主要用于 Linux 系统中的性能调优和分析。它能够帮助开发者深入了解系统和应用程序的性能瓶颈，并提供详细的分析报告。作为嵌入式软件工程师，掌握和使用 Perf 工具可以显著提升开发效率和产品性能。
Perf 主要包含两个部分：
perf 命令，用户空间的应用程序 perf_events ，Linux 内核中的一个子系统
perf 命令：
Perf 命令是一个用户空间工具，具备 profiling、tracing 和脚本编写等多种功能，是内核子系统 perf_events 的前端工具。通过 perf 命令，用户可以设置和操作内核子系统 perf_events，完成系统性能数据的收集和分析。
perf_events 子系统：
内核子系统 perf_events 提供了性能计数器（hardware performance counters）和性能事件的支持。它采用事件驱动的方式，通过收集特定事件（如 CPU 时钟周期、缓存未命中等）来跟踪和分析系统性能。perf_events 于 2009 年被合并到 Linux 内核源代码中，成为内核的一个子系统。
1.1 Perf 工作原理
Perf 工具依赖于硬件性能计数器（Performance Monitoring Unit, PMU），这些计数器存在于现代 CPU 中，用于跟踪和记录各种硬件事件，如 CPU 周期、缓存命中/未命中、分支预测命中/未命中等。
工作过程：
用户通过输入perf命令进行设置相关的需要的时间类型； perf 定制读取计数器的值，获取采用数据，并将存放在ring bufferr中； 用户通过perf report 和 perf script 从ring buffer 中读取数据生成分析报告。
perf工具是一个功能强大且灵活的性能分析工具。它提供了多种功能。首先，perf可以用于收集各种系统性能数据，包括CPU利用率、内存使用情况、磁盘IO、网络传输等等。通过收集和分析这些数据，可以了解系统的瓶颈和性能瓶颈，并针对性地进行优化。
1.2 Perf 工具基本功能
事件采集：Perf 能够捕获各种硬件和软件事件，包括 CPU 周期、缓存命中/未命中、中断、系统调用等。
统计分析：对采集到的事件进行统计分析，生成性能报告。
热点分析：通过分析程序执行中的热点代码，定位性能瓶颈。
跟踪和测量：可以对系统调用、上下文切换、任务调度等进行详细跟踪和测量。
火焰图：生成可视化的火焰图，帮助开发者直观地理解性能问题。
2. Perf 安装和基本使用
在ubuntu 系统直接安装命既可：
sudo apt-get install linux-tools-common linux-tools-generic linux-tools-$(uname -r)假如是在嵌入式设备中，需要内核配置支持：
CONFIG_PERF_EVENTS=y命令结构：
perf <command> [options] [arguments]常用的命令语法：
#perf stat
2.1 perf list
perf list 该命令列出特定机器上可用的性能事件。不同电脑配置可能存在不一样的差异。
perf list# 硬件事件perf list hw# 软件事件perf list sw
事件类型一般有三种：
Hardware events：硬件事件是直接由处理器性能监视单元（PMU）提供的数据，通常用于分析处理器内部行为，比如L2 缓存命令等； Software events ：软件事件由内核提供，用于跟踪操作系统级别的活动。 Hardware cache events：这些事件专门用于分析不同层次缓存的性能。 Kernel PMU events ：内核 PMU 事件由内核性能监视单元提供，专用于分析内核级别的行为。
2.2 perf probe
perf probe 允许用户动态地向正在运行的内核或用户空间应用程序中插入探针（probe）。这些探针可以用于监控特定函数的调用，记录函数的参数值和返回值等，用于性能分析和调试。perf probe 可以帮助开发人员深入了解程序的运行行为，从而识别和优化性能瓶颈。
perf probe [<options>] <probe-point> [<probe-point> ...]# 例子：添加一个探针，在do_sys_open入口插入一个perf probe do_sys_open# 带参数的探针perf probe 'do_sys_open filename'# 查看已经添加的探针perf probe -l# 删除探针perf probe -d do_sys_open# 使用探针进行性能分析# 例子：在系统运行 10 秒钟内记录 do_sys_open 函数的调用，并生成一份性能报告perf record -e probe:do_sys_open -aR sleep 10perf report
2.3 perf stat
perf stat 命令执行指定的命令，对命令执行期间发生的硬件和软件事件进行持续计数，并生成这些计数的统计数据。
Usage: perf stat [<options>] [<command>]# 命令perf stat -p <pid>可以采集某一个进程的运行信息perf stat -p 344# 例子: zero文件读取输入写到空设备中，连续写888888个block：perf stat -B dd if=/dev/zero of=/dev/null count=888888
2.4 perf record/report
perf record 命令进行采集数据，把数据写入数据文件从，后续可以通过perf report命令对数据进行分析。
perf stat# 例子：用1000统计频率，统计一个sleep 5秒过程中perf record -a -F 1000 sleep 1perf report
2.5 perf annotate
perf annotate 命令主要读取perf.data文件（由perf record命令创建）并显示注释后的代码。可以去展现源代码和汇编代码的对应关系，帮助开发者找到性能瓶颈和热点代码。
Usage: perf annotate [<options>]# 注释汇编代码perf annotate -i perf.data
2.6 perf top
perf top 是一个实时性能监控工具，类似于 top 命令，但专注于性能事件。它能够实时显示系统中消耗 CPU 周期最多的函数和代码段，帮助开发者快速定位性能瓶颈。
perf top [<options>]# 监控指定进程的性能事件perf top -p 12345# 监控指定用户的性能事件perf top -u john# 监控特定事件perf top -e cycles
3. 总结
本章节主要对Perf 的基本定义还有一些功能进行一个了解，主要用于在开发工程中调试，优化有一定的作用，下一个章节将以实际例子进行如何去使用它，分析开发过程中遇到的问题。
参考：
https://www.brendangregg.com/linuxperf.html
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