1 簡介改進應(yīng)用程序的性能是一項非常耗時耗力的工作，但是究竟程序中是哪些函數(shù)消耗掉了大部分執(zhí)行時間，這通常都不是非常明顯的。GNU 編譯器工具包所提供了一種剖析工具 GNU profiler（gprof）。gprof 可以為 Linux平臺上的程序精確分析性能瓶頸。gprof精確地給出函數(shù)被調(diào)用的時間和次數(shù)，給出函數(shù)調(diào)用關(guān)系。
gprof 用戶手冊網(wǎng)站 http:///binutils/docs-2.17/gprof/index.html
2 功能Gprof 是GNU gnu binutils工具之一，默認情況下linux系統(tǒng)當中都帶有這個工具。 1. 可以顯示“flat profile”，包括每個函數(shù)的調(diào)用次數(shù)，每個函數(shù)消耗的處理器時間， 2. 可以顯示“Call graph”，包括函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，每個函數(shù)調(diào)用花費了多少時間。 3. 可以顯示“注釋的源代碼”－－是程序源代碼的一個復本，標記有程序中每行代碼的執(zhí)行次數(shù)。
3 原理通過在編譯和鏈接程序的時候（使用 -pg 編譯和鏈接選項），gcc 在你應(yīng)用程序的每個函數(shù)中都加入了一個名為mcount ( or “_mcount” , or “__mcount” , 依賴于編譯器或操作系統(tǒng))的函數(shù)，也就是說你的應(yīng)用程序里的每一個函數(shù)都會調(diào)用mcount, 而mcount 會在內(nèi)存中保存一張函數(shù)調(diào)用圖，并通過函數(shù)調(diào)用堆棧的形式查找子函數(shù)和父函數(shù)的地址。這張調(diào)用圖也保存了所有與函數(shù)相關(guān)的調(diào)用時間，調(diào)用次數(shù)等等的所有信息。
4 使用流程1. 在編譯和鏈接時 加上-pg選項。一般我們可以加在 makefile 中。 2. 執(zhí)行編譯的二進制程序。執(zhí)行參數(shù)和方式同以前。 3. 在程序運行目錄下 生成 gmon.out 文件。如果原來有g(shù)mon.out 文件，將會被重寫。 4. 結(jié)束進程。這時 gmon.out 會再次被刷新。 5. 用 gprof 工具分析 gmon.out 文件。
5 參數(shù)說明l -b 不再輸出統(tǒng)計圖表中每個字段的詳細描述。 l -p 只輸出函數(shù)的調(diào)用圖（Call graph的那部分信息）。 l -q 只輸出函數(shù)的時間消耗列表。 l -e Name 不再輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖（除非它們有未被限制的其它父函數(shù)）?？梢越o定多個 -e 標志。一個 -e 標志只能指定一個函數(shù)。 l -E Name 不再輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖，此標志類似于 -e 標志，但它在總時間和百分比時間的計算中排除了由函數(shù)Name 及其子函數(shù)所用的時間。 l -f Name 輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖?？梢灾付ǘ鄠€ -f 標志。一個 -f 標志只能指定一個函數(shù)。 l -F Name 輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖，它類似于 -f 標志，但它在總時間和百分比時間計算中僅使用所打印的例程的時間?？梢灾付ǘ鄠€ -F 標志。一個 -F 標志只能指定一個函數(shù)。-F 標志覆蓋 -E 標志。 l -z 顯示使用次數(shù)為零的例程（按照調(diào)用計數(shù)和累積時間計算）。
一般用法： gprof –b 二進制程序 gmon.out >report.txt
6 報告說明Gprof 產(chǎn)生的信息解釋：
Call Graph 的字段含義：
注意： 程序的累積執(zhí)行時間只是包括gprof能夠監(jiān)控到的函數(shù)。工作在內(nèi)核態(tài)的函數(shù)和沒有加-pg編譯的第三方庫函數(shù)是無法被gprof能夠監(jiān)控到的，（如sleep（）等） Gprof 的具體參數(shù)可以 通過 man gprof 查詢。
7 共享庫的支持對于代碼剖析的支持是由編譯器增加的，因此如果希望從共享庫中獲得剖析信息，就需要使用 -pg 來編譯這些庫。提供已經(jīng)啟用代碼剖析支持而編譯的 C 庫版本（libc_p.a）。 如果需要分析系統(tǒng)函數(shù)（如libc庫），可以用 –lc_p替換-lc。這樣程序會鏈接libc_p.so或libc_p.a。這非常重要，因為只有這樣才能監(jiān)控到底層的c庫函數(shù)的執(zhí)行時間，（例如memcpy()，memset()，sprintf()等）。 gcc example1.c –pg -lc_p -o example1 注意要用ldd ./example | grep libc來查看程序鏈接的是libc.so還是libc_p.so
8 用戶時間與內(nèi)核時間gprof 的最大缺陷：它只能分析應(yīng)用程序在運行過程中所消耗掉的用戶時間，無法得到程序內(nèi)核空間的運行時間。通常來說，應(yīng)用程序在運行時既要花費一些時間來運行用戶代碼，也要花費一些時間來運行 “系統(tǒng)代碼”，例如內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用sleep()。 有一個方法可以查看應(yīng)用程序的運行時間組成，在 time 命令下面執(zhí)行程序。這個命令會顯示一個應(yīng)用程序的實際運行時間、用戶空間運行時間、內(nèi)核空間運行時間。 如 time ./program 輸出： real 2m30.295s user 0m0.000s sys 0m0.004s
9 注意事項1. g++在編譯和鏈接兩個過程，都要使用-pg選項。 2. 只能使用靜態(tài)連接libc庫，否則在初始化*.so之前就調(diào)用profile代碼會引起“segmentation fault”，解決辦法是編譯時加上-static-libgcc或-static。 3. 如果不用g++而使用ld直接鏈接程序，要加上鏈接文件/lib/gcrt0.o，如ld -o myprog /lib/gcrt0.o myprog.o utils.o -lc_p。也可能是gcrt1.o 4. 要監(jiān)控到第三方庫函數(shù)的執(zhí)行時間，第三方庫也必須是添加 –pg 選項編譯的。 5. gprof只能分析應(yīng)用程序所消耗掉的用戶時間. 6. 程序不能以demon方式運行。否則采集不到時間。（可采集到調(diào)用次數(shù)） 7. 首先使用 time 來運行程序從而判斷 gprof 是否能產(chǎn)生有用信息是個好方法。 8. 如果 gprof 不適合您的剖析需要，那么還有其他一些工具可以克服 gprof 部分缺陷，包括 OProfile 和 Sysprof。 9. gprof對于代碼大部分是用戶空間的CPU密集型的程序用處明顯。對于大部分時間運行在內(nèi)核空間或者由于外部因素（例如操作系統(tǒng)的 I/O 子系統(tǒng)過載）而運行得非常慢的程序難以進行優(yōu)化。 10. gprof 不支持多線程應(yīng)用，多線程下只能采集主線程性能數(shù)據(jù)。原因是gprof采用ITIMER_PROF信號，在多線程內(nèi)只有主線程才能響應(yīng)該信號。但是有一個簡單的方法可以解決這一問題：http://sam./writings/programming/gprof.html 11. gprof只能在程序正常結(jié)束退出之后才能生成報告（gmon.out）。 a) 原因： gprof通過在atexit()里注冊了一個函數(shù)來產(chǎn)生結(jié)果信息，任何非正常退出都不會執(zhí)行atexit()的動作，所以不會產(chǎn)生gmon.out文件。 b) 程序可從main函數(shù)中正常退出，或者通過系統(tǒng)調(diào)用exit()函數(shù)退出。
10 多線程應(yīng)用gprof 不支持多線程應(yīng)用，多線程下只能采集主線程性能數(shù)據(jù)。原因是gprof采用ITIMER_PROF信號，在多線程內(nèi)只有主線程才能響應(yīng)該信號。 采用什么方法才能夠分析所有線程呢？關(guān)鍵是能夠讓各個線程都響應(yīng)ITIMER_PROF信號?？梢酝ㄟ^樁子函數(shù)來實現(xiàn)，重寫pthread_create函數(shù)。
//////////////////// gprof-helper.c//////////////////////////// #define _GNU_SOURCE #include <sys/time.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <dlfcn.h> #include <pthread.h>
static void * wrapper_routine(void *);
/* Original pthread function */ static int (*pthread_create_orig)(pthread_t *__restrict, __const pthread_attr_t *__restrict, void *(*)(void *), void *__restrict) = NULL;
/* Library initialization function */ void wooinit(void) __attribute__((constructor));
void wooinit(void) { pthread_create_orig = dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_create"); fprintf(stderr, "pthreads: using profiling hooks for gprof/n"); if(pthread_create_orig == NULL) { char *error = dlerror(); if(error == NULL) { error = "pthread_create is NULL"; } fprintf(stderr, "%s/n", error); exit(EXIT_FAILURE); } }
/* Our data structure passed to the wrapper */ typedef struct wrapper_s { void * (*start_routine)(void *); void * arg; pthread_mutex_t lock; pthread_cond_t wait; struct itimerval itimer; } wrapper_t;
/* The wrapper function in charge for setting the itimer value */ static void * wrapper_routine(void * data) { /* Put user data in thread-local variables */ void * (*start_routine)(void *) = ((wrapper_t*)data)->;start_routine; void * arg = ((wrapper_t*)data)->;arg;
/* Set the profile timer value */ setitimer(ITIMER_PROF, &((wrapper_t*)data)->;itimer, NULL);
/* Tell the calling thread that we don't need its data anymore */ pthread_mutex_lock(&((wrapper_t*)data)->;lock); pthread_cond_signal(&((wrapper_t*)data)->;wait); pthread_mutex_unlock(&((wrapper_t*)data)->;lock);
/* Call the real function */ return start_routine(arg); }
/* Our wrapper function for the real pthread_create() */ int pthread_create(pthread_t *__restrict thread, __const pthread_attr_t *__restrict attr, void * (*start_routine)(void *), void *__restrict arg) { wrapper_t wrapper_data; int i_return;
/* Initialize the wrapper structure */ wrapper_data.start_routine = start_routine; wrapper_data.arg = arg; getitimer(ITIMER_PROF, &wrapper_data.itimer); pthread_cond_init(&wrapper_data.wait, NULL); pthread_mutex_init(&wrapper_data.lock, NULL); pthread_mutex_lock(&wrapper_data.lock);
/* The real pthread_create call */ i_return = pthread_create_orig(thread, attr, &wrapper_routine, &wrapper_data);
/* If the thread was successfully spawned, wait for the data * to be released */ if(i_return == 0) { pthread_cond_wait(&wrapper_data.wait, &wrapper_data.lock); }
pthread_mutex_unlock(&wrapper_data.lock); pthread_mutex_destroy(&wrapper_data.lock); pthread_cond_destroy(&wrapper_data.wait);
return i_return; }
/////////////////// 然后編譯成動態(tài)庫 gcc -shared -fPIC gprof-helper.c -o gprof-helper.so -lpthread -ldl
使用例子： /////////////////////a.c///////////////////////////// #include <stdio.h>; #include <stdlib.h>; #include <unistd.h>; #include <pthread.h>; #include <string.h>; void fun1(); void fun2(); void* fun(void * argv); int main() { int i =0; int id; pthread_t thread[100]; for(i =0 ;i< 100; i++) { id = pthread_create(&thread[i], NULL, fun, NULL); printf("thread =%d/n",i); } printf("dsfsd/n"); return 0; } void* fun(void * argv) { fun1(); fun2(); return NULL; }
void fun1() { int i = 0; while(i<100) { i++; printf("fun1/n"); } }
void fun2() { int i = 0; int b; while(i<50) { i++; printf("fun2/n"); //b+=i; } } ///////////////
gcc -pg a.c gprof-helper.so
運行程序: ./a.out
分析gmon.out: gprof -b a.out gmon.out |
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