linux中為什么要性能優(yōu)化

這篇文章主要介紹了linux中為什么要性能優(yōu)化，具有一定借鑒價(jià)值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

為什么要性能優(yōu)化

也許是想要支持更高的吞吐量，想要更小的延遲，或者提高資源的利用率等，這些都是性能優(yōu)化的目標(biāo)之一。不過(guò)需要提醒的是，不要過(guò)早的進(jìn)行性能優(yōu)化。如果當(dāng)前并沒(méi)有任何性能問(wèn)題，又何必耗費(fèi)這個(gè)精力呢?當(dāng)前一些有助于提高性能的編碼習(xí)慣還是可以時(shí)刻保持的。

目標(biāo)

全面的性能優(yōu)化不是一件簡(jiǎn)單的事情。本系列文章不在于介紹性能優(yōu)化原理或者特定的算法優(yōu)化。旨在分享一些實(shí)踐中常用到的技巧，同時(shí)也主要關(guān)注CPU方面。

如何發(fā)現(xiàn)性能瓶頸

解決性能問(wèn)題的第一步是發(fā)現(xiàn)性能問(wèn)題。如何快速發(fā)現(xiàn)性能問(wèn)題呢?對(duì)于本文來(lái)說(shuō)，如何發(fā)現(xiàn)那些使CPU不停地瞎忙的代碼呢?為什么這里是說(shuō)讓CPU瞎忙的代碼?

舉個(gè)例子，完成某個(gè)事情，你可能只需要一個(gè)CPU時(shí)間片，但是由于代碼不夠好，使得仍然需要多個(gè)CPU時(shí)間片。導(dǎo)致CPU非常忙碌，而無(wú)法繼續(xù)提高它的效率。

top

這個(gè)命令相信大家都用過(guò)，可以實(shí)時(shí)看到進(jìn)程的一些狀態(tài)。它的使用方法有很多文章不厭其煩地對(duì)其進(jìn)行了介紹，本文不打算進(jìn)行介紹。我們可以通過(guò)top命令看到某個(gè)進(jìn)程占用的CPU，但是CPU占用高并不代表它有性能問(wèn)題，也有可能是CPU正在有效地高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并沒(méi)有占著茅坑不拉屎。

快速發(fā)現(xiàn)

想必我們都聽(tīng)過(guò)八二法則，同樣的，80%的性能問(wèn)題集中于20%的代碼。因此我們只要找到這20%的部分代碼，就可以有效地解決一些性能問(wèn)題。

本文使用perf命令，它很強(qiáng)大，支持的參數(shù)也非常多，不過(guò)沒(méi)關(guān)系，本文也沒(méi)打算全部介紹。

系統(tǒng)中可能沒(méi)有perf命令，ubuntu可以使用如下方法安裝：

sudo apt install linux-tools-common

實(shí)例

直接來(lái)看示例吧。例子很簡(jiǎn)單，只是將字符串的字母轉(zhuǎn)為大寫(xiě)罷了。當(dāng)然了，很多人可能一眼就看出了哪里有性能問(wèn)題，不過(guò)沒(méi)關(guān)系，這個(gè)例子只是為了說(shuō)明perf的應(yīng)用。

 //toUpper.c #include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include<time.h> #include<ctype.h> #include<string.h> #include<sys/time.h> #define MAX_LEN  1024*1024 void printCostTime(struct timeval *start,struct timeval *end) {     if(NULL == start || NULL == end)     {         return;     }     long cost = (end->tv_sec - start->tv_sec) * 1000 + (end->tv_usec - start->tv_usec)/1000;     printf("cost time: %ld ms\n",cost); } int main(void) {     srand(time(NULL));     int min = 'a';     int max = 'z';     char *str = malloc(MAX_LEN);     //申請(qǐng)失敗則退出     if(NULL == str)     {         printf("failed\n");         return -1;     }     unsigned int i = 0;     while(i < MAX_LEN)//生成隨機(jī)數(shù)     {         str[i] = ( rand() % ( max - min ) ) + min;         i++;     }     str[MAX_LEN - 1] = 0;      struct timeval start,end;     gettimeofday(&start,NULL);     for(i = 0;i < strlen(str) ;i++)     {         str[i]  = toupper( str[i] );     }     gettimeofday(&end,NULL);     printCostTime(&start,&end);     free(str);     str = NULL;     return 0; }

編譯成可執(zhí)行程序并運(yùn)行：

$ gcc -o toUpper toUpper.c $ ./toUpper

這個(gè)時(shí)候我們用top查看結(jié)果發(fā)現(xiàn)toUpper程序占用CPU 100%：

$ top -p `pidof toUpper`   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND      24456 root       20   0    5248   2044    952 R 100.0  0.0   0:07.13 toUpper

打開(kāi)另外一個(gè)終端，執(zhí)行命令：

$ perf top -p `pidof toUpper` Samples: 1K of event 'cycles:ppp', Event count (approx.): 657599945 Overhead  Shared Object  Symbol   99.13%  libc-2.23.so   [.] strlen    0.19%  [kernel]       [k] perf_event_task_tick    0.11%  [kernel]       [k] prepare_exit_to_usermode    0.10%  libc-2.23.so   [.] toupper    0.09%  [kernel]       [k] rcu_check_callbacks    0.09%  [kernel]       [k] reweight_entity    0.09%  [kernel]       [k] task_tick_fair    0.09%  [kernel]       [k] native_write_msr    0.09%  [kernel]       [k] trigger_load_balance    0.00%  [kernel]       [k] native_apic_mem_write    0.00%  [kernel]       [k] __perf_event_enable    0.00%  [kernel]       [k] intel_bts_enable_local

其中pidof命令用于獲取指定程序名的進(jìn)程ID。

看到結(jié)果了嗎?可以很清楚地看到，strlen函數(shù)占用了整個(gè)程序99%的CPU，那這個(gè)CPU的占用是否可以?xún)?yōu)化掉呢?我們現(xiàn)在都清楚，顯然是可以的，在對(duì)每一個(gè)字符串進(jìn)行大寫(xiě)轉(zhuǎn)換時(shí)，都進(jìn)行了字符串長(zhǎng)度的計(jì)算，顯然是沒(méi)有必要，可以拿到循環(huán)之外的。

同時(shí)我們也關(guān)注到，這里面有很多符號(hào)可能完全沒(méi)見(jiàn)過(guò)，不知道什么含義了，比例如reweight_entity，不過(guò)我們知道它前面有著kernel字樣，因此也就明白，這是內(nèi)核干的事情，僅此而已。

這里實(shí)時(shí)查看的方法，當(dāng)然你也可以保存信息進(jìn)行查看。

$ perf record -e cycles -p `pidof toUpper` -g -a

執(zhí)行上面的命令一段時(shí)間，用于采集相關(guān)性能和符號(hào)信息，隨后ctrl+c中止。默認(rèn)當(dāng)前目錄下生成perf.data，不過(guò)這里面的數(shù)據(jù)不易閱讀，因此執(zhí)行：

$ perf report +  100.00%     0.00%  toUpper  [unknown]          [k] 0x03ee258d4c544155 +  100.00%     0.00%  toUpper  libc-2.23.so       [.] __libc_start_main +   99.72%    99.34%  toUpper  libc-2.23.so       [.] strlen      0.21%     0.02%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] apic_timer_interrupt      0.19%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] smp_apic_timer_interrupt      0.16%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] ret_from_intr      0.16%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] hrtimer_interrupt      0.16%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] do_IRQ      0.15%     0.15%  toUpper  libc-2.23.so       [.] toupper      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_irq      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_edge_irq      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_irq_event      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_irq_event_percpu      0.14%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] __handle_irq_event_percpu      0.14%     0.01%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] __hrtimer_run_queues      0.13%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] _rtl_pci_interrupt

其中-g參數(shù)為了保存調(diào)用調(diào)用鏈，-a表示保存所有CPU信息。

因此就可以看到采樣信息了，怎么樣是不是很明顯，其中的+部分還可以展開(kāi)，看到調(diào)用鏈。

例如展開(kāi)的部分信息如下：

-  100.00%     0.00%  toUpper  libc-2.23.so       [.] __libc_start_main            - __libc_start_main                                                                  99.72% strlen

當(dāng)然了，實(shí)際上你也可以將結(jié)果重定向到另外一個(gè)文件，便于查看：

$ perf report > result $ more result # Event count (approx.): 23881569776 # # Children      Self  Command  Shared Object      Symbol                          # ........  ........  .......  .................  .............................. ................... #    100.00%     0.00%  toUpper  [unknown]          [k] 0x03ee258d4c544155             |             ---0x3ee258d4c544155                __libc_start_main                |                           --99.72%--strlen     100.00%     0.00%  toUpper  libc-2.23.so       [.] __libc_start_main             |             ---__libc_start_main                |                           --99.72%--strlen      99.72%    99.34%  toUpper  libc-2.23.so       [.] strlen             |                        --99.34%--0x3ee258d4c544155

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