深入linux c/c++调试工具之perf

类型	说明	示例
Hardware（PMU）	CPU 硬件性能计数器	cycles, instructions, cache-misses
Software	内核软件事件	context-switches, page-faults
Tracepoint	内核静态跟踪点	syscalls:sys_enter_open, sched:sched_switch
Probe	动态探针（kprobe/uprobe）	指定函数入口/返回

3.4 调用栈如何获得？（-g 的关键）

C/C++ 程序要看到函数名而非地址，需要：

编译时加 -g（保留 DWARF 调试信息）
perf record 加 -g（采集 call graph）
系统允许读取符号（/proc/sys/kernel/perf_event_paranoid）

四、命令参数——常用选项详解

命令用法 usage: perf [--version] [--help] [OPTIONS] COMMAND [ARGS]

参数	说明
annotate	读取 `perf.data`（由 `perf record` 生成），并显示带热点标注的源码/汇编
archive	根据 `perf.data` 中的 build-id 打包目标文件，便于离线分析
bench	基准测试套件的通用框架
buildid-cache	管理 build-id 缓存
buildid-list	列出 `perf.data` 文件中的 build-id
c2c	共享数据 C2C/HITM 分析器（分析多核缓存行竞争、伪共享等）
config	读取/设置 perf 配置文件中的变量
data	与 perf.data 数据文件相关的处理操作
diff	读取多个 `perf.data`，显示差异性能报告（优化前后对比）
evlist	列出 `perf.data` 中记录的事件名称
ftrace	内核 ftrace 功能的简易封装
inject	过滤并向事件流注入额外信息
kallsyms	在运行中的内核里搜索符号
kmem	跟踪/测量内核内存相关特性
kvm	跟踪/测量 KVM 客户机（Guest OS）
list	列出所有可用的符号化事件类型
lock	分析锁相关事件（锁竞争等）
mem	分析内存访问行为
record	运行命令并将性能数据记录到 perf.data
report	读取 `perf.data` 并显示性能分析报告
sched	跟踪/测量调度器特性（延迟等）
script	读取 `perf.data` 并以脚本/文本形式输出跟踪内容
stat	运行命令并收集性能计数器统计
test	运行自检/健全性测试
timechart	将负载运行期间的系统整体行为可视化（时间线图表）
top	系统性能实时分析工具（类似 top，但看热点）
version	显示 perf 可执行文件版本
probe	定义新的动态跟踪点（kprobe/uprobe 等）
trace	受 strace 启发的工具（syscall 跟踪，开销通常低于 strace）

五、使用实战——实际案例分析

代码实例：perf_demo.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <math.h>

/* 热点1：CPU 密集 */
static volatile double sink;

static void cpu_hot(void)
{
    double s = 0;
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 50000000; i++)
        s += sin(i * 0.000001);
    sink = s;
}

/* 热点2：内存拷贝 */
static void mem_hot(void)
{
    int i = 0;
    char *a = malloc(4 * 1024 * 1024);
    char *b = malloc(4 * 1024 * 1024);
    if (!a || !b) return;
    for (i = 0; i < 100; i++)
        memcpy(b, a, 4 * 1024 * 1024);
    free(a);
    free(b);
}

/* 非热点：sleep IO 等待 */
static void io_wait(void)
{
    sleep(1);
}

int main(void)
{
    printf("perf demo pid=%d\n", getpid());
    cpu_hot();
    mem_hot();
    io_wait();
    printf("done, sink=%f\n", (double)sink);
    return 0;
}

1、perf stat——整体性能画像

perf stat -d ./perf_demo

sleep(1) 期间几乎不占 cycles（perf stat 主要统计运行态）

大量 cycles 在 cpu_hot + mem_hot

下一步 → perf record -g 看具体函

2、perf record + report——定位热点函数

perf record -g -F 997 ./perf_demo

perf report --stdio -n --sort dso,symbol | head -30

阶段	现象	对应源码
热点1	`cpu_hot` + `sin` 占 ~75%	`cpu_hot()` 循环
热点2	`memcpy` 占 ~18%	`mem_hot()` 百次 4MB 拷贝
非热点	`sleep` 几乎不出现	IO 等待不占 CPU

3、perf top——实时看谁在跑

./perf_demo &

perf top -p $! -g

运行初期 sin、cpu_hot 条目飙升

随后 memcpy 占比上升

sleep 阶段 perf top 样本几乎不

4、perf annotate——热点到源码行

perf record -g ./perf_demo

perf annotate -s cpu_hot

精确到哪一行汇编/源码最耗 CPU，指导优化（如减少 sin 调用、查表法）。

六、常见问题——疑难解答

1、perf report 只显示地址，没有函数名

原因：编译未加 -g；二进制被 strip；权限/paranoid 限制

2、提示 Permission denied / Access denied

原因： kernel.perf_event_paranoid 过严，或需 root 采系统级事件。

3、调用栈不完整或显示 [unknown]

原因：栈回溯方式不合适（frame pointer 被优化掉）；缺少 -g 或 -fno-omit-frame-pointer

4、perf 结果「看起来」和 top 不一致

原因：perf 默认采 cycles，top 看 %CPU；多线程、采样频率、off-CPU 时间影响

七、总结——要点回顾

perf 跟踪的是 CPU 性能事件和热点函数，回答「时间花在哪些函数/指令上」，而不是「发起了哪些 syscall」。
原理是 perf_events 采样/计数，开销通常低于 ptrace 型 strace，适合短时性能分析，但仍不建议 7×24 全开。
C/C++ 分析三板斧：

perf stat ./app # 整体指标

perf record -g ./app # 录热点

perf report # 看报告
务必 -g 编译 + perf record -g，必要时 -fno-omit-frame-pointer，否则调用栈残缺。
与 strace 配合最高效： strace 排除 syscall/IO 问题 → perf 定位 CPU 热点 → gdb 深入具体函数。

AI Agent技术社区

Agent 垂直技术社区，欢迎活跃、内容共建。

更多推荐

GitHub今日热榜 | 2026-08-06

今日榜单呈现大换血，10个项目中7个为新晋项目。Cloudflare的Agent虚拟环境项目computer空降榜首，提供隔离文件系统和多执行后端支持。腾讯的TencentDB-Agent-Memory虽排名下滑至第3，但日增Star上涨70%。其他亮点包括： loopx为AI Agent团队提供看板管理系统经典面试指南system-design-primer回归榜单 DeepSeek-Reas