10 火焰图（flamegraph）

perf火焰图是一种可视化性能分析工具，它通过将性能数据绘制成一个类似火焰的图，直观地展示了程序的调用栈，帮助开发者快速定位性能瓶颈。特点如下：

  • 可视化性能数据：火焰图将性能数据映射到一个二维的图中，横轴表示采样时间，纵轴表示调用栈。
  • 火焰形状：图中每个矩形代表一个函数调用，矩形的宽度表示该函数占用的时间比例，高度表示调用栈的深度。
  • 颜色：火焰图通常使用热力图的颜色来表示性能开销，红色表示开销较大，蓝色表示开销较小。

perf火焰图的优势

  • 直观：火焰图将复杂的性能数据以一种直观的方式展示出来，让人一目了然。
  • 快速定位问题：通过火焰图，可以快速定位到占用CPU时间最多的函数，从而有针对性地进行优化。
  • 深入分析：火焰图可以展示完整的调用栈，帮助开发者了解程序的执行流程，并找到性能瓶颈的根源。

可以使用 flamegraphs 创建用 perf 工具记录的系统性能数据的可视化效果。

堆栈跟踪采样是使用 perf 工具剖析 CPU 性能的常用技术。遗憾的是，使用 perf 分析堆栈跟踪的结果可能非常冗长，分析起来也非常耗费精力。 flamegraph 是根据 perf 记录的数据创建的可视化图形，可以更快、更轻松地识别热门代码路径。

10.1 安装 flamegraphs

# yum install js-d3-flame-graph  
# 如果没有可到此处下载
# wget https://www.rpmfind.net/linux/centos-stream/9-stream/AppStream/aarch64/os/Packages/js-d3-flame-graph-4.0.7-1.el9.noarch.rpm

10.2 在整个系统中创建火焰图

# perf script flamegraph -a -F 99 sleep 60
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
  size                             120
  { sample_period, sample_freq }   99
  sample_type                      IP|TID|TIME|CALLCHAIN|ID|CPU|PERIOD
  read_format                      ID
  disabled                         1
  inherit                          1
  freq                             1
  precise_ip                       3
  sample_id_all                    1
  exclude_guest                    1
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
  type                             1
  size                             120
  config                           0x9
  { sample_period, sample_freq }   99
  sample_type                      IP|TID|TIME|CALLCHAIN|ID|CPU|PERIOD
  read_format                      ID
  inherit                          1
  mmap                             1
  comm                             1
  freq                             1
  task                             1
  sample_id_all                    1
  mmap2                            1
  comm_exec                        1
  ksymbol                          1
  bpf_event                        1
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
  type                             1
  size                             120
  config                           0x9
  watermark                        1
  sample_id_all                    1
  bpf_event                        1
  { wakeup_events, wakeup_watermark } 1
------------------------------------------------------------
dumping data to flamegraph.html

10.3 在特定进程上创建 flamegraph

# perf script flamegraph -a -F 99 -p 2041785 sleep 20

10.4 解释火焰图

火焰图中的每个方框代表堆栈中的不同函数。y 轴显示堆栈的深度，每个堆栈中最顶端的方框代表实际运行在 CPU 上的函数，下面的所有方框都是其祖先。x 轴显示的是调用图采样数据的群体。

在给定行中，堆栈的子堆栈是根据每个函数的采样次数按x轴降序显示的；x 轴并不代表时间的流逝。单个方框越宽，表示在数据采样时，CPU 上的函数或 CPU 上祖先函数的频率越高。

要显示以前可能未显示的函数名称并进一步研究数据，请单击火焰图中的方框，放大该位置的堆栈：

要返回火焰图的默认视图，请单击 “重置缩放”。

在 flamegraph 中，代表用户空间函数的方框可能被标记为未知，因为函数的二进制被剥离。必须安装可执行文件的 debuginfo 包，如果可执行文件是本地开发的应用程序，则必须使用调试信息编译该应用程序。在这种情况下，使用 GCC 中的 -g 选项来显示函数名称或符号。

10.5 利用鲲鹏开发套件命令行工具生成火焰图

  • 下载：

https://www.hikunpeng.com/developer/devkit/download
比如：

# wget https://kunpeng-repo.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/Kunpeng%20DevKit/Kunpeng%20DevKit%2024.0.RC2/DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng.tar.gz
# tar xzvf DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng.tar.gz
# cd DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng

注意X86版本暂时没有生成火焰图功能。

  • 生成火焰图
$ sudo ./devkit tuner hotspot -c 0-56 -d 3 -i 1 -o ./hotspot_cpu -g --package --long-name
[sudo] password for test:

Hotspot Summary Report-1                                Time:2024/08/29 11:08:51
================================================================================

──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
  Function                                                                       Cycles    Module                                                              Cycles(%)
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
  MX_Sim_Explicit::NodeData::updateVelocity(double, double) [clon         3,353,102,915    /home/projects/maixi/packages/102/packed/lib/libMxSimExplicit.s         56.29
  e ._omp_fn.0]                                                                            o
  MX_Sim_Explicit::Hexa1stR::computeHourglassForce(int, double co           674,768,176    /home/projects/maixi/packages/102/packed/lib/libMxSimExplicit.s         11.33
  nst (*) [3][8], double const (*) [3][8], int, double const (*)                           o
  [8][8], double (*) [8], double (*) [3][8], double, double (*) [
 ...
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
3044 milliseconds time elapsed

Callstack is saved to ./callstack-20240829-110851.log
Flamegraph is saved to ./Flamegraph-20240829-110851.html
The report ./hotspot_cpu.tar is generated successfully.
To view summary report. you can run: devkit report -i ./hotspot_cpu.tar
To view detail report. you can import the report to the WebUI or IDE to view details.

生成的火焰图html文件默认生成在用户所在目录，火焰图html文件可使用浏览器查看。

参考资料

10.6 传统生成火焰图的方法

https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph

# git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph  # or download it from github
# cd FlameGraph
# perf record -F 99 -a -g -- sleep 60
# perf script | ./stackcollapse-perf.pl > out.perf-folded
# ./flamegraph.pl out.perf-folded > perf.svg

参考：https://www.brendangregg.com/FlameGraphs/cpuflamegraphs.html

这种方式生成的火焰图没有搜索功能。

10.7 Rust flamegraph生成火焰图的方法

https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph是Rust开发的火焰图生成工具

#  cargo install flamegraph
# flamegraph --open --cmd "record -g" -- gunzip < cmake-3.19.8-Linux-x86_64.tar.gz > cm
[ perf record: Woken up 3 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.690 MB perf.data (4844 samples) ]

会在当前目录生成flamegraph.svg