linux下的程序分析工具——gprof

来源：互联网发布：在windows上安装spark 编辑：程序博客网时间：2024/05/16 19:38

GNU gprof是一款linux平台上的程序分析软件（unix也有prof)。借助gprof可以获得C程序运行期间的统计数据，例如每个函数耗费的时间，函数被调用的次数以及各个函数相互之间的调用关系。gprof可以帮助我们找到程序运行的瓶颈，对占据大量CPU时间的函数进行调优（gprof统计的只是CPU的占用时间，对I/O瓶颈貌似无能为力，耗时甚久的I/O操作很可能只占据极少的CPU时间）。

gprof的使用非常简单，在编译链接的时候加上"-pg"选项，然后按照正常方式运行程序，如果程序正常退出，一个名为gmon.out将会产生。使用gprof可查看gmon.out中的统计结果：

gprof<options> [executable-file][profile-data-file(s)……] [>outfile]

可通过man gprof查看各选项含义，通常会加上"-b"选项禁止显示冗长的说明信息。

executable-file如果没有指定，则会默认为a.out。

profile-data-file可跟多个文件，若没有指定，默认gmon.out。

统计信息较多，最好重定向到outfile方便查看。

最终呈现的统计信息包括两张表：flat table和callgraph。flat table列出了各个函数的运行时间（不包括子函数）及所占总运行时间的比率，函数的调用次数；callgraph还包括函数之间的调用关系，详细列出了每个函数在它的各个子函数上所耗费的时间。

下面一个简单的例子说明一下两张表中各项的含义：

待分析的程序源码：

#define MAX 10000000void f() {long long sum = 0;for (long long i=0;i<MAX;i++)sum += i;}void g() {long long sum = 0;for (long long i=0;i<MAX;i++)sum += i;f();}int main() {long long sum = 0;for (long long i=0;i<MAX;i++)sum += i;f();g();}

Flat profile:Each sample counts as 0.01 seconds.  %         cumulative        self                self        total          time        seconds        seconds   calls       ms/call     ms/call      name    50.00        0.07              0.07        2      35.00      35.00        f() 28.57        0.11              0.04        1      40.00      75.00        g() 21.43        0.14              0.03                                               main% time：各个函数占用的时间比率（不包括子函数），这一列加起来应该为100%cumulative seconds：累积时间，当前行减去上一行即为当前函数耗费时间self seconds：当前函数耗费时间（不包括子函数）self calls：调用次数ms/call：调用一次耗费的平均时间（不包括子函数），单位毫秒total ms/call：同上，但包括子函数name：函数名call graph：granularity: each sample hit covers 4 byte(s) for 7.14% of0.14 secondsindex     % time    self    children   called       name                                                         <spontaneous>[1]           100.0   0.03      0.11                    main [1]                         0.04      0.04       1/1          g()[2]                         0.04      0.00       1/2          f()[3]-----------------------------------------------                         0.04      0.04        1/1        main [1][2]            53.6    0.04      0.04        1           g() [2]                         0.04      0.00        1/2        f() [3]-----------------------------------------------                         0.04      0.00        1/2        g() [2]                         0.04      0.00        1/2        main [1][3]            50.0    0.07      0.00         2          f() [3]-----------------------------------------------

每个函数都分配了一个index，index按升序排列，一个函数对应一个entry，两个entry之间用虚线隔开。

在每个entry中，以[index]起头的行称为primary line。primaryline上面的行称为caller's line，列举的是调用该函数的函数；下面的行subroutine'sline列举的是该函数调用的子函数。这三种line的各项名称虽然相同，但有着截然不同的含义。

以下都以第二个entry为例说明：

primary lineindex     % time   self    children    called      name[2]            53.6   0.04      0.04        1           g() [2]%time：g()耗费的时间比率。该比率包括了调用的f()，因此各个entry的该项数字加起来不等于100%。self：同flat table的self seconds。children：f()耗费的时间。下面的subroutines's line的self项和children项之和应等于该数值。called：只被调用了一次。subroutine's lineindex     % time     self      children      called      name                           0.04      0.00          1/2         f() [3]self：f()被g()调用过程中，f()的耗费时间0.04s。children：f()被g()调用过程中，f()中的子函数耗费时间为0。called：f()一共被调用了2次，其中有1次被g()调用。caller's lineindex     % time     self      children      called      name                          0.04      0.04          1/1          main[1]self：g()被main()调用过程中，g()的耗费时间。children：g()被main()调用过程中，g()中的子函数耗费的时间。called：g()一共被调用了1次，其中1次是被main()调用的。

gprof的基本原理

类似于gdb，gprof需要对待分析的程序做一些改动，因此在程序编译的时候需要加上"-pg"选项，如果程序的某个模块在编译的时候没有加上"-pg"，则该模块的函数会被排除在统计范围之外。比如想要查看库函数的profiling，则需在链接库函数的时候用“-lc_p"代替”-lc"（gprof是各个类UNIX的标准工具，系统自带的链接库通常有两个版本，它们的区别在于编译的时候是否加上了"-pg"。用-lc_p等于告诉编译器选择加上了"-pg"的那个版本）。

加上"-pg"选项后，程序的入口会于main()之前调用monstartup()，主要是申请内存存储接下来获取的统计信息。

在每个函数中会调用_mcount()，主要是在函数的堆栈中查询父函数和子函数的地址并保存下来。

最后会在程序退出前调用_mcleanup()，将统计结果保存到gmon.out中，并完成清除工作。

gprof统计各个函数的运行时间是采用的抽样的方法，周期性的查看Programcounter指向哪一个函数的地址段，并把结果以直方图的形式保存下来。

PS：

有人建议在编译时不要加上"-g"选项，因为这样可能会影响分析结果。

通常gprof的采样周期是0.01s，统计项越接近这个值误差可能越大。若函数的运行时间低于0.01S，统计值会显示为0。

关于这一主题的有用链接：

http://www.cs.utah.edu/dept/old/texinfo/as/gprof_toc.html：关于options,flat table, call graph有更详细的论述。

http://wiki.waterlin.org/Cpp/gprof.html：对gprof的实现原理论述得很清晰。

http://sam.zoy.org/writings/programming/gprof.html：对多线程profiling。

http://linuxfocus.org/English/March2005/article371.meta.shtml：提到了perl和java的profiling方法。
原文地址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6608391701013phr.html

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