用gprof分析程序性能

综述

• gprof用于分析函数调用耗时，可用之抓出最耗时的函数，以便优化程序。
• gcc链接时也一定要加-pg参数，以使程序运行结束后生成gmon.out文件，供gprof分析。
• gprof默认不支持多线程程序，默认不支持共享库程序。

1. gcc -pg 编译程序
2. 运行程序，程序退出时生成 gmon.out
3. gprof ./prog gmon.out -b 查看输出

注意事项

• 程序如果不是从main return或exit()退出，则可能不生成gmon.out。
• 程序如果崩溃，可能不生成gmon.out。
• 测试发现在虚拟机上运行，可能不生成gmon.out。
• 一定不能捕获、忽略SIGPROF信号。man手册对SIGPROF的解释是：profiling timer expired. 如果忽略这个信号，gprof的输出则是：Each sample counts as 0.01 seconds. no time accumulated.
• 如果程序运行时间非常短，则gprof可能无效。因为受到启动、初始化、退出等函数运行时间的影响。
• 程序忽略SIGPROF信号！

原理

gcc -pg 在应用程序的每个函数中添加了名为 mcount/mcount/_mcount的函数。 应用程序每个函数执行时都会执行mcount，而mcount则会在内存中保存一张函数调用图， 通过函数调用堆栈的形式，查找子函数、父函数的地址，也保存了与函数相关的调用时间、次数等信息。

多进程

如果用gprof分析多进程程序，则可能一个进程的gmon.out覆盖另一个进程的gmon.out， 解决方法是在执行程序之前执行：export GMON_OUT_PREFIX=x.out 则之后生成的文件名就如x.out.pid，多进程的gmon.out就不会相互覆盖。

多线程

gprof无法分析多线程程序。缘故是gprof使用ITIMER_PROF定时器， 当超时时由内核向应用程序发送信号。但多线程程序只有主线程接收ITIMER_PROF。 这里有一个简单的实现方法： 对pthread_create进行包装，并以动态库的形式在程序运行前加载。 我通过上文的描述，整理了一个gprof分析多线程程序的程序，可供参考。

$ gcc -shared -fPIC gprof_helper.c -o ghelper2.so -lpthread -ldl  # create ghelp2.so$ gcc test.c -lpthread$ ./a.out     hello gprof     # output$ LD_PRELOAD=./ghelper2.so ./a.out     pthread: using profiling hooks for gprof    # output    hello gprof                                 # output# no time accumulatedEach sample counts as 0.01 seconds.no time accumulated

gprof的输出表明没有时间被统计到。虽然函数调用次数是统计正确的，但没有时间(调用次数多未必就最耗时)。 gprof显示每0.01秒采样一次，如果函数执行的时间都非常短，例如低于0.01秒，则统计不到任何时间。