深入gperftools：性能分析和內存分析工具

一、gperftools安裝

gperftools是一個用於分析CPU使用率、內存分配和性能分析的工具。在Ubuntu系統上安裝gperftools，我們需要在終端中鍵入:

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install -y google-perftools

安裝完成後，你可以使用如下代碼來驗證gperftools是否成功安裝:

#include <gperftools/profiler.h>

void foo() {
  ProfilerStart("foo.prof");
  // do something
  ProfilerStop();
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

該代碼運行後，會在當前目錄下生成名為foo.prof的文件。使用pprof來對該文件進行分析。

二、gperftools pprof

pprof是gperftools中的一種分析工具，可以使用它來對生成的perf文件進行分析和可視化。

pprof支持多種輸出格式，如文本、PDF和火焰圖等。其中，最常用的是文本格式。

使用pprof，我們可以查看每個函數被調用的次數、執行時間以及內存分配等信息。

下面是一個簡單的pprof示例:

#include <gperftools/profiler.h>

void foo() {
  ProfilerStart("foo.prof");
  // do something
  ProfilerStop();
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

運行該代碼後，會在當前目錄下生成一個名為foo.prof文件。使用如下命令，在終端中打印函數調用次數:

$ pprof --text foo.prof

輸出結果如下:

Total: 1 sample
      1  100.0%  100.0%      1      100.0% puts [1]
      0    0.0%  100.0%      1      100.0% __libc_start_main [2]

可以看出，puts函數被調用了1次。

三、gperftools原理

gperftools原理是基於Google的內部開發，它包括三個主要組件:

1. CPU profiler: 可以用來檢測應用程序中的性能瓶頸，並提供優化建議。

2. Heap profiler: 可以檢測應用程序中的內存泄漏，幫助程序員找出引起內存泄漏的代碼。

3. Heap checker: 可以檢測應用程序中的內存越界，幫助程序員發現和修復這些問題。

四、gperftools內存分析

gperftools提供的內存分析工具主要有Heap profiler和Heap checker。

Heap profiler可以幫助我們找出內存泄漏的代碼。要使用Heap profiler，我們需要在代碼中添加如下一行:

HeapProfilerStart("heap_profile");

這一行代碼表示在當前程序執行期間啟用Heap profiler。當程序執行完成後，我們可以通過使用如下命令來查看Heap profiler分析的結果:

pprof --text ./myprogram /tmp/heap_profile.*

其中，myprogram是你的二進制可執行文件，/tmp/heap_profile.*是Heap profiler生成的文件。

Heap checker可以幫助我們檢測程序中的內存越界等問題。在代碼中使用Heap checker需要做如下修改:

#include <gperftools/heap-checker.h>

static HeapLeakChecker heap_checker("my_heap_checker");

void foo() {
  heap_checker.CheckNoLeaks();
  // do something
}

在函數結束時，Heap checker會檢查是否存在內存泄漏。如果存在內存泄漏，則會輸出相應的警告信息。

五、gperftools性能分析

gperftools提供的性能分析工具包括CPU profiler和Heap profiler。

CPU profiler是常用的性能分析工具，可以幫助我們找出程序中的性能瓶頸。要使用CPU profiler，我們需要在代碼中添加如下一行:

ProfilerStart("myprogram.prof");

這一行代碼表示在當前程序執行期間啟用CPU profiler。當程序執行完成後，我們可以通過使用如下命令來查看CPU profiler分析的結果:

pprof --text ./myprogram myprogram.prof

Heap profiler可以幫助我們找出內存泄漏的代碼。使用Heap profiler的方法和Heap profiler的使用方法類似，只需要在代碼中添加相應的啟用Heap profiler的代碼即可。

六、gperftools交叉編譯

gperftools可以在多平台上交叉編譯。下面是一個交叉編譯的示例:

$ cd gperftools
$ ./configure --host=i586-mingw32msvc
$ make

這個示例使用MINGW32交叉編譯器在Linux系統上編譯gperftools。在編譯文件後，使用如下命令來安裝:

$ make install install_prefix=

七、gperftools內存越界

gperftools提供的Heap checker可以幫助我們檢測內存越界等問題。要使用Heap checker，我們需要在代碼中添加如下一行:

#include <gperftools/heap-checker.h>

static HeapLeakChecker heap_checker("my_heap_checker");

void foo() {
  heap_checker.CheckNoLeaks();
  // do something
}

在函數結束時，Heap checker會檢查是否存在內存泄漏。如果存在內存泄漏，則會輸出相應的警告信息。

八、gperftools Windows

gperftools Windows是gperftools在Windows系統上的移植版本，提供了與Linux版本相似的功能。

要在Windows系統上使用gperftools，我們需要下載並安裝TDM-GCC編譯器，然後安裝gperftools。安裝完成後，我們可以在命令行里使用gprof和objdump等命令進行分析。

下面是一個簡單的示例:

#include <gperftools/profiler.h>

void foo() {
  ProfilerStart("foo.prof");
  // do something
  ProfilerStop();
}

int main() {
  foo();
  return 0;
}

該代碼運行後，會在當前目錄下生成一個名為foo.prof的文件。使用如下命令，在終端中打印函數調用次數:

gprof ./myprogram foo.prof

輸出結果如下:

Total: 1 sample
      1  100.0%  100.0%      1      100.0% puts [1]
      0    0.0%  100.0%      1      100.0% __libc_start_main [2]

總結

gperftools是一個強大的性能分析和內存分析工具，可以幫助我們找出程序中的性能瓶頸、內存泄漏等問題。通過本文的介紹，你應該已經了解了gperftools的基本用法和原理。在使用gperftools時，請注意以下幾個方面:

– 在開發環境中，使用gperftools來分析程序。

– 在生產環境中，使用gperftools來進行性能分析和排查內存泄漏等問題。

– 應該定期地使用gperftools來監測程序的性能和內存使用情況。