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性能分析工具

本文简单介绍了一些常用的性能分析工具，并给出最基本的介绍和结果展示。这些工具都有自己的手册，我们提供了对应的参考链接，你可以根据自己的需求查阅详细的使用方法。

Linux

perf

参考资料

perf 是 Linux Kernel 内建的系统能效分析工具。它与内核紧密结合，能够利用内核的 PMU 对性能数据进行采样。

$ perf stat -B dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000

1000000+0 records in
1000000+0 records out
512000000 bytes (512 MB) copied, 0.956217 s, 535 MB/s

 Performance counter stats for 'dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000':

            5,099 cache-misses             #      0.005 M/sec (scaled from 66.58%)
          235,384 cache-references         #      0.246 M/sec (scaled from 66.56%)
        9,281,660 branch-misses            #      3.858 %     (scaled from 33.50%)
      240,609,766 branches                 #    251.559 M/sec (scaled from 33.66%)
    1,403,561,257 instructions             #      0.679 IPC   (scaled from 50.23%)
    2,066,201,729 cycles                   #   2160.227 M/sec (scaled from 66.67%)
              217 page-faults              #      0.000 M/sec
                3 CPU-migrations           #      0.000 M/sec
               83 context-switches         #      0.000 M/sec
       956.474238 task-clock-msecs         #      0.999 CPUs

       0.957617512  seconds time elapsed

$ perf report --sort=dso

# Events: 1K cycles
#
# Overhead                   Shared Object
# ........  ..............................
#
    38.08%  [kernel.kallsyms]
    28.23%  libxul.so
     3.97%  libglib-2.0.so.0.2800.6
     3.72%  libc-2.13.so
     3.46%  libpthread-2.13.so
     2.13%  firefox-bin
     1.51%  libdrm_intel.so.1.0.0
     1.38%  dbus-daemon
     1.36%  [drm]
     [...]

Intel 平台：VTune

停止支持的工具

在部分老旧的文档中，你可能会见到下面的工具和命令：

  • amplex-cl Intel® VTune™ Amplifier XE
  • itac Intel® Trace Analyzer and Collector

它们都已停止支持，不再推荐使用。

参考资料

VTune 是 Intel 提供的一款性能分析工具，支持 Windows 和 Linux 系统。

vtune -collect hotspots -r result -- ./a.out
vtune -report summary -r result

上面的两行命令分别执行了数据收集和数据处理，其中 -collect 选项指定了收集的数据类型，-r 选项指定了结果保存的文件夹，-- 后面是要运行的程序及其参数。参考资料中的 Cheet Sheet 对 VTune 的使用做了精炼的总结，非常值得一看。

完成命令行收集后，就可以在有图形化界面的环境下使用 VTune Profiler 打开查看可视化结果。

vtune

AMD 平台：μProf

参考资料

μProf 是 AMD 提供的一款性能分析工具，支持 Windows 和 Linux 系统。它提供两个 Profiler：

  • AMDuProf、AMDuProfCLI：图形界面和命令行界面，使用方法和界面都与 VTune 类似。
  • AMDuProfPcm：不常用，偏硬件底层，收集的指标如 IPC、内存带宽、CPU 发射槽等，输出原始 CSV 数据。可以绘制 roofline 测浮点数性能瓶颈。
AMDuProfCLI collect --config hotspots -o <output-dir> <application>
AMDuProfCLI report -i <session directory>

uprof

NVIDIA 平台：Nsight

参考资料

工具名称 命令行 主要功能
Nsight Systems nsys CPU 和 GPU，系统级性能分析工具
Nsight Compute ncu CUDA，提供详细性能指标和 API 调试功能

Nsight 是为数不多的持续支持使用 macOS 客户端进行远程调试和分析的性能工具。

# Nsight Systems
nsys profile ./a.out
# Nsight Compute
ncu -o profile ./a.out

nsys ncu

POP

参考资料

Performance Optimisation and Productivity（POP）是欧洲的一个 HPC 项目，开发了一系列性能监测和优化工具。该项目通过组合多个工具，提供了一个完整的性能分析工作流：

  • Score-P：编译、注入
  • Scalasa：运行、跟踪
  • Cube：分析、可视化
pop
POP 工作流

具体的安装、配置、使用可以观看参考链接中的视频，介绍得非常详细。