Linux监控&性能调优分析-perf(3）火焰图
10 火焰图（flamegraph）
perf火焰图是一种可视化性能分析工具，它通过将性能数据绘制成一个类似火焰的图，直观地展示了程序的调用栈，帮助开发者快速定位性能瓶颈。特点如下：
- 可视化性能数据：火焰图将性能数据映射到一个二维的图中，横轴表示采样时间，纵轴表示调用栈。
- 火焰形状：图中每个矩形代表一个函数调用，矩形的宽度表示该函数占用的时间比例，高度表示调用栈的深度。
- 颜色：火焰图通常使用热力图的颜色来表示性能开销，红色表示开销较大，蓝色表示开销较小。
perf火焰图的优势
- 直观：火焰图将复杂的性能数据以一种直观的方式展示出来，让人一目了然。
- 快速定位问题：通过火焰图，可以快速定位到占用CPU时间最多的函数，从而有针对性地进行优化。
- 深入分析：火焰图可以展示完整的调用栈，帮助开发者了解程序的执行流程，并找到性能瓶颈的根源。
可以使用 flamegraphs 创建用 perf 工具记录的系统性能数据的可视化效果。
堆栈跟踪采样是使用 perf 工具剖析 CPU 性能的常用技术。遗憾的是，使用 perf 分析堆栈跟踪的结果可能非常冗长，分析起来也非常耗费精力。 flamegraph 是根据 perf 记录的数据创建的可视化图形，可以更快、更轻松地识别热门代码路径。
10.1 安装 flamegraphs
# yum install js-d3-flame-graph
# 如果没有可到此处下载
# wget https://www.rpmfind.net/linux/centos-stream/9-stream/AppStream/aarch64/os/Packages/js-d3-flame-graph-4.0.7-1.el9.noarch.rpm
10.2 在整个系统中创建火焰图
# perf script flamegraph -a -F 99 sleep 60
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
size 120
{ sample_period, sample_freq } 99
sample_type IP|TID|TIME|CALLCHAIN|ID|CPU|PERIOD
read_format ID
disabled 1
inherit 1
freq 1
precise_ip 3
sample_id_all 1
exclude_guest 1
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
type 1
size 120
config 0x9
{ sample_period, sample_freq } 99
sample_type IP|TID|TIME|CALLCHAIN|ID|CPU|PERIOD
read_format ID
inherit 1
mmap 1
comm 1
freq 1
task 1
sample_id_all 1
mmap2 1
comm_exec 1
ksymbol 1
bpf_event 1
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
type 1
size 120
config 0x9
watermark 1
sample_id_all 1
bpf_event 1
{ wakeup_events, wakeup_watermark } 1
------------------------------------------------------------
dumping data to flamegraph.html
10.3 在特定进程上创建 flamegraph
# perf script flamegraph -a -F 99 -p 2041785 sleep 20
10.4 解释火焰图
火焰图中的每个方框代表堆栈中的不同函数。y 轴显示堆栈的深度，每个堆栈中最顶端的方框代表实际运行在 CPU 上的函数，下面的所有方框都是其祖先。x 轴显示的是调用图采样数据的群体。
在给定行中，堆栈的子堆栈是根据每个函数的采样次数按x轴降序显示的；x 轴并不代表时间的流逝。单个方框越宽，表示在数据采样时，CPU 上的函数或 CPU 上祖先函数的频率越高。
要显示以前可能未显示的函数名称并进一步研究数据，请单击火焰图中的方框，放大该位置的堆栈：
要返回火焰图的默认视图，请单击 “重置缩放”。
在 flamegraph 中，代表用户空间函数的方框可能被标记为未知，因为函数的二进制被剥离。必须安装可执行文件的 debuginfo 包，如果可执行文件是本地开发的应用程序，则必须使用调试信息编译该应用程序。在这种情况下，使用 GCC 中的 -g 选项来显示函数名称或符号。
10.5 利用鲲鹏开发套件命令行工具生成火焰图
- 下载：
https://www.hikunpeng.com/developer/devkit/download
比如：
# wget https://kunpeng-repo.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/Kunpeng%20DevKit/Kunpeng%20DevKit%2024.0.RC2/DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng.tar.gz
# tar xzvf DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng.tar.gz
# cd DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng
注意X86版本暂时没有生成火焰图功能。
- 生成火焰图
$ sudo ./devkit tuner hotspot -c 0-56 -d 3 -i 1 -o ./hotspot_cpu -g --package --long-name
[sudo] password for test:
Hotspot Summary Report-1 Time:2024/08/29 11:08:51
================================================================================
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Function Cycles Module Cycles(%)
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
MX_Sim_Explicit::NodeData::updateVelocity(double, double) [clon 3,353,102,915 /home/projects/maixi/packages/102/packed/lib/libMxSimExplicit.s 56.29
e ._omp_fn.0] o
MX_Sim_Explicit::Hexa1stR::computeHourglassForce(int, double co 674,768,176 /home/projects/maixi/packages/102/packed/lib/libMxSimExplicit.s 11.33
nst (*) [3][8], double const (*) [3][8], int, double const (*) o
[8][8], double (*) [8], double (*) [3][8], double, double (*) [
...
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
3044 milliseconds time elapsed
Callstack is saved to ./callstack-20240829-110851.log
Flamegraph is saved to ./Flamegraph-20240829-110851.html
The report ./hotspot_cpu.tar is generated successfully.
To view summary report. you can run: devkit report -i ./hotspot_cpu.tar
To view detail report. you can import the report to the WebUI or IDE to view details.
生成的火焰图html文件默认生成在用户所在目录，火焰图html文件可使用浏览器查看。
参考资料
- 软件测试精品书籍文档下载持续更新 https://github.com/china-testing/python-testing-examples 请点赞，谢谢！
- 本文涉及的python测试开发库 谢谢点赞！ https://github.com/china-testing/python_cn_resouce
- python精品书籍下载 https://github.com/china-testing/python_cn_resouce/blob/main/python_good_books.md
- Linux精品书籍下载 https://www.cnblogs.com/testing-/p/17438558.html
- https://medium.com/@techhara/profiling-visualize-program-bottleneck-with-flamegraph-3e0c5855b2fe
- https://github.com/grafana/pyroscope
- https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph
- https://crates.io/crates/flamegraph
- https://middleware.io/blog/flame-graphs/
- https://www.hikunpeng.com/document/detail/zh/kunpengdevps/userguide/cliuserguide/KunpengDevKitCli_0065.html
- https://joemario.github.io/blog/2016/09/01/c2c-blog/
- 如需技术支持联系钉ding或微信pythontesting , 邮箱: xurongzhong#126.com
10.6 传统生成火焰图的方法
https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph
# git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph # or download it from github
# cd FlameGraph
# perf record -F 99 -a -g -- sleep 60
# perf script | ./stackcollapse-perf.pl > out.perf-folded
# ./flamegraph.pl out.perf-folded > perf.svg
参考：https://www.brendangregg.com/FlameGraphs/cpuflamegraphs.html
这种方式生成的火焰图没有搜索功能。
10.7 Rust flamegraph生成火焰图的方法
https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph是Rust开发的火焰图生成工具
# cargo install flamegraph
# flamegraph --open --cmd "record -g" -- gunzip < cmake-3.19.8-Linux-x86_64.tar.gz > cm
[ perf record: Woken up 3 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.690 MB perf.data (4844 samples) ]
会在当前目录生成flamegraph.svg