Linux 效能分析工具
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## Perf

### 安裝 & 設定
[安裝方法](https://hackmd.io/c/rJKbX1pFZ/https%3A%2F%2Fhackmd.io%2Fs%2FB11109rdg)

查看目前的 Kernel config 有沒有啟用 Perf: (下面顯示的是已安裝過的)

＄cat "/boot/config-`uname -r`" | grep "PERF_EVENT"
CONFIG_HAVE_PERF_EVENTS=y
CONFIG_PERF_EVENTS=y
CONFIG_HAVE_PERF_EVENTS_NMI=y
CONFIG_PERF_EVENTS_INTEL_UNCORE=y
CONFIG_PERF_EVENTS_INTEL_RAPL=m
CONFIG_PERF_EVENTS_INTEL_CSTATE=m
# CONFIG_PERF_EVENTS_AMD_POWER is not set
CONFIG_SECURITY_PERF_EVENTS_RESTRICT=y

安裝工具：

$sudo apt-get install linux-tools-common

檢查是否安裝成功：

$perf top

:::warning
有可能因版本不同而沒安裝成功，這時只需照著它顯示缺乏的套件再一次的安裝即可。
:::

若不是在 root 權限下執行此指令會出現以下錯誤畫面。


指示要我們修改 `/proc/sys/kernel/perf_event_paranoid` 的權限值。

* `2` : 不允許任何量測。但部份用來查看或分析已存在的紀錄的指令仍可使用，如 perf ls、perf report、perf timechart、 perf trace。

* `1` : 不允許 CPU events data。但可以使用 perf stat、perf record 並取得 Kernel profiling data。

* `0` : 不允許 raw tracepoint access。但可以使用 perf stat、perf record 並取得 CPU events data。

* `-1`: 權限全開。

另外，如果要檢測 cache miss event ，需要先取消 kernel pointer 的禁用。

$sudo sh -c " echo -1 > /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid"
$sudo sh -c " echo 0 > /proc/sys/kernel/kptr_restrict"

### 效能偵測

針對我們所設計的程式 `example.c` 經由編譯後產生的 object file `example`，若要偵測其效能可輸入以下指令：

$perf stat --repeat 5 \
    -e cache-misses,cache-references,instructions,cycles \
    ./example

* `--repeat <n>`或是`-r <n>` 可以重複執行 n 次該程序，並顯示每個 event 的變化區間。
* `-e` 可以指定要量測的event，若沒有指定的話預設會有10種常用的events，在這我們指定 `cache-misses,cache-references` 和 `instructions,cycles`，而類似這種成對的 event，若同時出現 perf 會很貼心幫你計算比例。

    Performance counter stats for './perf_stat_cache_miss' (5 runs):
    4,416,226        cache-misses        #    3.437 % of all cache refs    ( +-  0.27% )
    128,483,262      cache-references                                      ( +-  0.02% )
    2,123,281,496    instructions        #    0.65  insns per cycle        ( +-  0.02% )
    3,281,498,034    cycles                                                ( +-  0.21% )
        1.299352302 seconds time elapsed                                   ( +-  0.19% )

## 清除 Cache
[手動清除 Linux 記憶體快取](https://medium.com/hungys-blog/clear-linux-memory-cache-manually-90bec95ea003)

### 記憶體使用情況
Linux 提供指令來顯示系統中記憶體的使用情況：

$free

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        8052900      365692     7327268       64876      359940     7388124
Swap:      11999228           0    11999228

指令預設是以`KB` 為單位，我們可以發現現在的 cache 使用了將近 360 MB。

### 清除 Cache

若要評估 cache miss 等問題，要先清空 cache：

$sudo sh -c 'echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches'

有兩種 cache 種類可被清理。

* `2` : 清除 dentries 與 inodes

* `1` : 清除 pagecache

清完後再用 `free` 查看清除後的 Cache 只剩差不多 290 MB 的記憶體使用量。

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        8052900      365268     7400464       59528      287168     7394000
Swap:      11999228           0    11999228

:::warning
在清除 Cache 之前最好先執行 [sync](http://man.linuxde.net/sync) 指令，讓存在 buffer 中準備寫回記憶體的資料強制寫回記憶體。
:::