linux中为什么要性能优化

这篇文章主要介绍了linux中为什么要性能优化，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。

为什么要性能优化

也许是想要支持更高的吞吐量，想要更小的延迟，或者提高资源的利用率等，这些都是性能优化的目标之一。不过需要提醒的是，不要过早的进行性能优化。如果当前并没有任何性能问题，又何必耗费这个精力呢?当前一些有助于提高性能的编码习惯还是可以时刻保持的。

目标

全面的性能优化不是一件简单的事情。本系列文章不在于介绍性能优化原理或者特定的算法优化。旨在分享一些实践中常用到的技巧，同时也主要关注CPU方面。

如何发现性能瓶颈

解决性能问题的第一步是发现性能问题。如何快速发现性能问题呢?对于本文来说，如何发现那些使CPU不停地瞎忙的代码呢?为什么这里是说让CPU瞎忙的代码?

举个例子，完成某个事情，你可能只需要一个CPU时间片，但是由于代码不够好，使得仍然需要多个CPU时间片。导致CPU非常忙碌，而无法继续提高它的效率。

top

这个命令相信大家都用过，可以实时看到进程的一些状态。它的使用方法有很多文章不厌其烦地对其进行了介绍，本文不打算进行介绍。我们可以通过top命令看到某个进程占用的CPU，但是CPU占用高并不代表它有性能问题，也有可能是CPU正在有效地高速运转，并没有占着茅坑不拉屎。

快速发现

想必我们都听过八二法则，同样的，80%的性能问题集中于20%的代码。因此我们只要找到这20%的部分代码，就可以有效地解决一些性能问题。

本文使用perf命令，它很强大，支持的参数也非常多，不过没关系，本文也没打算全部介绍。

系统中可能没有perf命令，ubuntu可以使用如下方法安装：

sudo apt install linux-tools-common

实例

直接来看示例吧。例子很简单，只是将字符串的字母转为大写罢了。当然了，很多人可能一眼就看出了哪里有性能问题，不过没关系，这个例子只是为了说明perf的应用。

 //toUpper.c #include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include<time.h> #include<ctype.h> #include<string.h> #include<sys/time.h> #define MAX_LEN  1024*1024 void printCostTime(struct timeval *start,struct timeval *end) {     if(NULL == start || NULL == end)     {         return;     }     long cost = (end->tv_sec - start->tv_sec) * 1000 + (end->tv_usec - start->tv_usec)/1000;     printf("cost time: %ld ms\n",cost); } int main(void) {     srand(time(NULL));     int min = 'a';     int max = 'z';     char *str = malloc(MAX_LEN);     //申请失败则退出     if(NULL == str)     {         printf("failed\n");         return -1;     }     unsigned int i = 0;     while(i < MAX_LEN)//生成随机数     {         str[i] = ( rand() % ( max - min ) ) + min;         i++;     }     str[MAX_LEN - 1] = 0;      struct timeval start,end;     gettimeofday(&start,NULL);     for(i = 0;i < strlen(str) ;i++)     {         str[i]  = toupper( str[i] );     }     gettimeofday(&end,NULL);     printCostTime(&start,&end);     free(str);     str = NULL;     return 0; }

编译成可执行程序并运行：

$ gcc -o toUpper toUpper.c $ ./toUpper

这个时候我们用top查看结果发现toUpper程序占用CPU 100%：

$ top -p `pidof toUpper`   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND      24456 root       20   0    5248   2044    952 R 100.0  0.0   0:07.13 toUpper

打开另外一个终端，执行命令：

$ perf top -p `pidof toUpper` Samples: 1K of event 'cycles:ppp', Event count (approx.): 657599945 Overhead  Shared Object  Symbol   99.13%  libc-2.23.so   [.] strlen    0.19%  [kernel]       [k] perf_event_task_tick    0.11%  [kernel]       [k] prepare_exit_to_usermode    0.10%  libc-2.23.so   [.] toupper    0.09%  [kernel]       [k] rcu_check_callbacks    0.09%  [kernel]       [k] reweight_entity    0.09%  [kernel]       [k] task_tick_fair    0.09%  [kernel]       [k] native_write_msr    0.09%  [kernel]       [k] trigger_load_balance    0.00%  [kernel]       [k] native_apic_mem_write    0.00%  [kernel]       [k] __perf_event_enable    0.00%  [kernel]       [k] intel_bts_enable_local

其中pidof命令用于获取指定程序名的进程ID。

看到结果了吗?可以很清楚地看到，strlen函数占用了整个程序99%的CPU，那这个CPU的占用是否可以优化掉呢?我们现在都清楚，显然是可以的，在对每一个字符串进行大写转换时，都进行了字符串长度的计算，显然是没有必要，可以拿到循环之外的。

同时我们也关注到，这里面有很多符号可能完全没见过，不知道什么含义了，比例如reweight_entity，不过我们知道它前面有着kernel字样，因此也就明白，这是内核干的事情，仅此而已。

这里实时查看的方法，当然你也可以保存信息进行查看。

$ perf record -e cycles -p `pidof toUpper` -g -a

执行上面的命令一段时间，用于采集相关性能和符号信息，随后ctrl+c中止。默认当前目录下生成perf.data，不过这里面的数据不易阅读，因此执行：

$ perf report +  100.00%     0.00%  toUpper  [unknown]          [k] 0x03ee258d4c544155 +  100.00%     0.00%  toUpper  libc-2.23.so       [.] __libc_start_main +   99.72%    99.34%  toUpper  libc-2.23.so       [.] strlen      0.21%     0.02%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] apic_timer_interrupt      0.19%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] smp_apic_timer_interrupt      0.16%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] ret_from_intr      0.16%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] hrtimer_interrupt      0.16%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] do_IRQ      0.15%     0.15%  toUpper  libc-2.23.so       [.] toupper      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_irq      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_edge_irq      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_irq_event      0.15%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] handle_irq_event_percpu      0.14%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] __handle_irq_event_percpu      0.14%     0.01%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] __hrtimer_run_queues      0.13%     0.00%  toUpper  [kernel.kallsyms]  [k] _rtl_pci_interrupt

其中-g参数为了保存调用调用链，-a表示保存所有CPU信息。

因此就可以看到采样信息了，怎么样是不是很明显，其中的+部分还可以展开，看到调用链。

例如展开的部分信息如下：

-  100.00%     0.00%  toUpper  libc-2.23.so       [.] __libc_start_main            - __libc_start_main                                                                  99.72% strlen

当然了，实际上你也可以将结果重定向到另外一个文件，便于查看：

$ perf report > result $ more result # Event count (approx.): 23881569776 # # Children      Self  Command  Shared Object      Symbol                          # ........  ........  .......  .................  .............................. ................... #    100.00%     0.00%  toUpper  [unknown]          [k] 0x03ee258d4c544155             |             ---0x3ee258d4c544155                __libc_start_main                |                           --99.72%--strlen     100.00%     0.00%  toUpper  libc-2.23.so       [.] __libc_start_main             |             ---__libc_start_main                |                           --99.72%--strlen      99.72%    99.34%  toUpper  libc-2.23.so       [.] strlen             |                        --99.34%--0x3ee258d4c544155

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