改進(jìn)應(yīng)用程序的性能是一項(xiàng)非常耗時耗力的工作，但是究竟程序中是哪些函數(shù)消耗掉了大部分執(zhí)行時間，這通常都不是非常明顯的。GNU 編譯器工具包所提供了一種剖析工具 GNU profiler（gprof）。gprof 可以為 Linux平臺上的程序精確分析性能瓶頸。gprof精確地給出函數(shù)被調(diào)用的時間和次數(shù)，給出函數(shù)調(diào)用關(guān)系。
gprof 用戶手冊網(wǎng)站 http://sourceware.org/binutils/docs-2.17/gprof/index.html
Gprof 是GNU gnu binutils工具之一，默認(rèn)情況下linux系統(tǒng)當(dāng)中都帶有這個工具。
1. 可以顯示“flat profile”，包括每個函數(shù)的調(diào)用次數(shù)，每個函數(shù)消耗的處理器時間，
2. 可以顯示“Call graph”，包括函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，每個函數(shù)調(diào)用花費(fèi)了多少時間。
3. 可以顯示“注釋的源代碼”－－是程序源代碼的一個復(fù)本，標(biāo)記有程序中每行代碼的執(zhí)行次數(shù)。
通過在編譯和鏈接程序的時候（使用 -pg 編譯和鏈接選項(xiàng)），gcc 在你應(yīng)用程序的每個函數(shù)中都加入了一個名為mcount ( or “_mcount” , or “__mcount” , 依賴于編譯器或操作系統(tǒng))的函數(shù)，也就是說你的應(yīng)用程序里的每一個函數(shù)都會調(diào)用mcount, 而mcount 會在內(nèi)存中保存一張函數(shù)調(diào)用圖，并通過函數(shù)調(diào)用堆棧的形式查找子函數(shù)和父函數(shù)的地址。這張調(diào)用圖也保存了所有與函數(shù)相關(guān)的調(diào)用時間，調(diào)用次數(shù)等等的所有信息。
1. 在編譯和鏈接時 加上-pg選項(xiàng)。一般我們可以加在 makefile 中。
2. 執(zhí)行編譯的二進(jìn)制程序。執(zhí)行參數(shù)和方式同以前。
3. 在程序運(yùn)行目錄下 生成 gmon.out 文件。如果原來有g(shù)mon.out 文件，將會被重寫。
4. 結(jié)束進(jìn)程。這時 gmon.out 會再次被刷新。
5. 用 gprof 工具分析 gmon.out 文件。
l -b 不再輸出統(tǒng)計圖表中每個字段的詳細(xì)描述。
l -p 只輸出函數(shù)的調(diào)用圖（Call graph的那部分信息）。
l -q 只輸出函數(shù)的時間消耗列表。
l -e Name 不再輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖（除非它們有未被限制的其它父函數(shù)）。可以給定多個 -e 標(biāo)志。一個 -e 標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。
l -E Name 不再輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖，此標(biāo)志類似于 -e 標(biāo)志，但它在總時間和百分比時間的計算中排除了由函數(shù)Name 及其子函數(shù)所用的時間。
l -f Name 輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖?？梢灾付ǘ鄠€ -f 標(biāo)志。一個 -f 標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。
l -F Name 輸出函數(shù)Name 及其子函數(shù)的調(diào)用圖，它類似于 -f 標(biāo)志，但它在總時間和百分比時間計算中僅使用所打印的例程的時間?？梢灾付ǘ鄠€ -F 標(biāo)志。一個 -F 標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。-F 標(biāo)志覆蓋 -E 標(biāo)志。
l -z 顯示使用次數(shù)為零的例程（按照調(diào)用計數(shù)和累積時間計算）。
一般用法： gprof –b 二進(jìn)制程序 gmon.out >report.txt
Gprof 產(chǎn)生的信息解釋：
%time | Cumulative seconds | Self Seconds | Calls | Self TS/call | Total TS/call | name |
該函數(shù)消耗時間占程序所有時間百分比 | 程序的累積執(zhí)行時間 （只是包括gprof能夠監(jiān)控到的函數(shù)） | 該函數(shù)本身執(zhí)行時間 （所有被調(diào)用次數(shù)的合共時間） | 函數(shù)被調(diào)用次數(shù) | 函數(shù)平均執(zhí)行時間 （不包括被調(diào)用時間） （函數(shù)的單次執(zhí)行時間） | 函數(shù)平均執(zhí)行時間 （包括被調(diào)用時間） （函數(shù)的單次執(zhí)行時間） | 函數(shù)名 |
Call Graph 的字段含義：
Index | %time | Self | Children | Called | Name |
索引值 | 函數(shù)消耗時間占所有時間百分比 | 函數(shù)本身執(zhí)行時間 | 執(zhí)行子函數(shù)所用時間 | 被調(diào)用次數(shù) | 函數(shù)名 |
注意：
程序的累積執(zhí)行時間只是包括gprof能夠監(jiān)控到的函數(shù)。工作在內(nèi)核態(tài)的函數(shù)和沒有加-pg編譯的第三方庫函數(shù)是無法被gprof能夠監(jiān)控到的，（如sleep（）等）
Gprof 的具體參數(shù)可以 通過 man gprof 查詢。
對于代碼剖析的支持是由編譯器增加的，因此如果希望從共享庫中獲得剖析信息，就需要使用 -pg 來編譯這些庫。提供已經(jīng)啟用代碼剖析支持而編譯的 C 庫版本（libc_p.a）。
如果需要分析系統(tǒng)函數(shù)（如libc庫），可以用 –lc_p替換-lc。這樣程序會鏈接libc_p.so或libc_p.a。這非常重要，因?yàn)橹挥羞@樣才能監(jiān)控到底層的c庫函數(shù)的執(zhí)行時間，（例如memcpy()，memset()，sprintf()等）。
gcc example1.c –pg -lc_p -o example1
注意要用ldd ./example | grep libc來查看程序鏈接的是libc.so還是libc_p.so
gprof 的最大缺陷：它只能分析應(yīng)用程序在運(yùn)行過程中所消耗掉的用戶時間，無法得到程序內(nèi)核空間的運(yùn)行時間。通常來說，應(yīng)用程序在運(yùn)行時既要花費(fèi)一些時間來運(yùn)行用戶代碼，也要花費(fèi)一些時間來運(yùn)行 “系統(tǒng)代碼”，例如內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用sleep()。
有一個方法可以查看應(yīng)用程序的運(yùn)行時間組成，在 time 命令下面執(zhí)行程序。這個命令會顯示一個應(yīng)用程序的實(shí)際運(yùn)行時間、用戶空間運(yùn)行時間、內(nèi)核空間運(yùn)行時間。
如 time ./program
輸出：
real 2m30.295s
user 0m0.000s
sys 0m0.004s
1. g++在編譯和鏈接兩個過程，都要使用-pg選項(xiàng)。
2. 只能使用靜態(tài)連接libc庫，否則在初始化*.so之前就調(diào)用profile代碼會引起“segmentation fault”，解決辦法是編譯時加上-static-libgcc或-static。
3. 如果不用g++而使用ld直接鏈接程序，要加上鏈接文件/lib/gcrt0.o，如ld -o myprog /lib/gcrt0.o myprog.o utils.o -lc_p。也可能是gcrt1.o
4. 要監(jiān)控到第三方庫函數(shù)的執(zhí)行時間，第三方庫也必須是添加 –pg 選項(xiàng)編譯的。
5. gprof只能分析應(yīng)用程序所消耗掉的用戶時間.
6. 程序不能以demon方式運(yùn)行。否則采集不到時間。（可采集到調(diào)用次數(shù)）
7. 首先使用 time 來運(yùn)行程序從而判斷 gprof 是否能產(chǎn)生有用信息是個好方法。
8. 如果 gprof 不適合您的剖析需要，那么還有其他一些工具可以克服 gprof 部分缺陷，包括 OProfile 和 Sysprof。
9. gprof對于代碼大部分是用戶空間的CPU密集型的程序用處明顯。對于大部分時間運(yùn)行在內(nèi)核空間或者由于外部因素（例如操作系統(tǒng)的 I/O 子系統(tǒng)過載）而運(yùn)行得非常慢的程序難以進(jìn)行優(yōu)化。
10. gprof 不支持多線程應(yīng)用，多線程下只能采集主線程性能數(shù)據(jù)。原因是gprof采用ITIMER_PROF信號，在多線程內(nèi)只有主線程才能響應(yīng)該信號。但是有一個簡單的方法可以解決這一問題：http://sam.zoy.org/writings/programming/gprof.html
11. gprof只能在程序正常結(jié)束退出之后才能生成報告（gmon.out）。
a) 原因： gprof通過在atexit()里注冊了一個函數(shù)來產(chǎn)生結(jié)果信息，任何非正常退出都不會執(zhí)行atexit()的動作，所以不會產(chǎn)生gmon.out文件。
b) 程序可從main函數(shù)中正常退出，或者通過系統(tǒng)調(diào)用exit()函數(shù)退出。
gprof 不支持多線程應(yīng)用，多線程下只能采集主線程性能數(shù)據(jù)。原因是gprof采用ITIMER_PROF信號，在多線程內(nèi)只有主線程才能響應(yīng)該信號。
采用什么方法才能夠分析所有線程呢？關(guān)鍵是能夠讓各個線程都響應(yīng)ITIMER_PROF信號?？梢酝ㄟ^樁子函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，重寫pthread_create函數(shù)。
//////////////////// gprof-helper.c////////////////////////////
#define _GNU_SOURCE
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
#include <pthread.h>
static void * wrapper_routine(void *);
/* Original pthread function */
static int (*pthread_create_orig)(pthread_t *__restrict,
__const pthread_attr_t *__restrict,
void *(*)(void *),
void *__restrict) = NULL;
/* Library initialization function */
void wooinit(void) __attribute__((constructor));
void wooinit(void)
{
pthread_create_orig = dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_create");
fprintf(stderr, "pthreads: using profiling hooks for gprof/n");
if(pthread_create_orig == NULL)
{
char *error = dlerror();
if(error == NULL)
{
error = "pthread_create is NULL";
}
fprintf(stderr, "%s/n", error);
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
/* Our data structure passed to the wrapper */
typedef struct wrapper_s
{
void * (*start_routine)(void *);
void * arg;
pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t wait;
struct itimerval itimer;
} wrapper_t;
/* The wrapper function in charge for setting the itimer value */
static void * wrapper_routine(void * data)
{
/* Put user data in thread-local variables */
void * (*start_routine)(void *) = ((wrapper_t*)data)->;start_routine;
void * arg = ((wrapper_t*)data)->;arg;
/* Set the profile timer value */
setitimer(ITIMER_PROF, &((wrapper_t*)data)->;itimer, NULL);
/* Tell the calling thread that we don't need its data anymore */
pthread_mutex_lock(&((wrapper_t*)data)->;lock);
pthread_cond_signal(&((wrapper_t*)data)->;wait);
pthread_mutex_unlock(&((wrapper_t*)data)->;lock);
/* Call the real function */
return start_routine(arg);
}
/* Our wrapper function for the real pthread_create() */
int pthread_create(pthread_t *__restrict thread,
__const pthread_attr_t *__restrict attr,
void * (*start_routine)(void *),
void *__restrict arg)
{
wrapper_t wrapper_data;
int i_return;
/* Initialize the wrapper structure */
wrapper_data.start_routine = start_routine;
wrapper_data.arg = arg;
getitimer(ITIMER_PROF, &wrapper_data.itimer);
pthread_cond_init(&wrapper_data.wait, NULL);
pthread_mutex_init(&wrapper_data.lock, NULL);
pthread_mutex_lock(&wrapper_data.lock);
/* The real pthread_create call */
i_return = pthread_create_orig(thread,
attr,
&wrapper_routine,
&wrapper_data);
/* If the thread was successfully spawned, wait for the data
* to be released */
if(i_return == 0)
{
pthread_cond_wait(&wrapper_data.wait, &wrapper_data.lock);
}
pthread_mutex_unlock(&wrapper_data.lock);
pthread_mutex_destroy(&wrapper_data.lock);
pthread_cond_destroy(&wrapper_data.wait);
return i_return;
}
///////////////////
然后編譯成動態(tài)庫 gcc -shared -fPIC gprof-helper.c -o gprof-helper.so -lpthread -ldl
使用例子：
/////////////////////a.c/////////////////////////////
#include <stdio.h>;
#include <stdlib.h>;
#include <unistd.h>;
#include <pthread.h>;
#include <string.h>;
void fun1();
void fun2();
void* fun(void * argv);
int main()
{
int i =0;
int id;
pthread_t thread[100];
for(i =0 ;i< 100; i++)
{
id = pthread_create(&thread[i], NULL, fun, NULL);
printf("thread =%d/n",i);
}
printf("dsfsd/n");
return 0;
}
void* fun(void * argv)
{
fun1();
fun2();
return NULL;
}
void fun1()
{
int i = 0;
while(i<100)
{
i++;
printf("fun1/n");
}
}
void fun2()
{
int i = 0;
int b;
while(i<50)
{
i++;
printf("fun2/n");
//b+=i;
}
}
///////////////
gcc -pg a.c gprof-helper.so
運(yùn)行程序:
./a.out
分析gmon.out:
gprof -b a.out gmon.out
