使用Gnu gprof進行Linux平臺下的程序分析

Gprof 簡介:

Gprof功能：打印出程序運行中各個函數消耗的時間，可以幫助程序員找出衆多函數中耗時最多的函數。產生程序運行時候的函數調用關係，包括調用次數，可以幫助程序員分析程序的運行流程。

有了函數的調用關係，這會讓開發人員大大提高工作效率，不用費心地去一點點找出程序的運行流程，這對小程序來說可能效果不是很明顯，但對於有幾萬，幾十萬代碼量的工程來說，效率是毋庸置疑的！而且這個功能對於維護舊代碼或者是分析Open Source來說那是相當誘人的，有了調用圖，對程序的運行框架也就有了一個大體瞭解，知道了程序的“骨架“，分析它也就不會再那麼茫然，尤其是對自己不熟悉的代碼和Open Source。費話不多說了，讓我們開始我們的分析之旅吧！

Gprof 實現原理：

通過在編譯和鏈接你的程序的時候（使用 -pg 編譯和鏈接選項），gcc 在你應用程序的每個函數中都加入了一個名爲mcount ( or  “_mcount”  , or  “__mcount” , 依賴於編譯器或操作系統)的函數，也就是說你的應用程序裏的每一個函數都會調用mcount, 而mcount 會在內存中保存一張函數調用圖，並通過函數調用堆棧的形式查找子函數和父函數的地址。這張調用圖也保存了所有與函數相關的調用時間，調用次數等等的所有信息。

Gprof基本用法：

1． 使用 -pg 編譯和鏈接你的應用程序。

2． 執行你的應用程序使之生成供gprof 分析的數據。

3． 使用gprof 程序分析你的應用程序生成的數據。

Gprof 簡單使用：

讓我們簡單的舉個例子來看看Gprof是如何使用的。

1．打開linux終端。新建一個test.c文件，並生用-pg 編譯和鏈接該文件。 test.c 文件內容如下： 看到這裏你也可能覺得上面的函數調用圖實在是不方便察看，也看不出來一個程序調用的整體框架。沒有關係，我再介紹一個有用的工具給你，使用 Graphviz，Graphviz or Graph Visualization 是由 AT&T 開發的一個開源的圖形可視化工具。它提供了多種畫圖能力，但是我們重點關注的是它使用 Dot 語言直連圖的能力。在這裏，將簡單介紹如何使用 Dot 來創建一個圖形，並展示如何將分析數據轉換成 Graphviz 可以使用的規範, Dot 使用的圖形規範。

使用 Dot 語言，你可以指定三種對象：圖、節點和邊。爲了讓你理解這些對象的含義，我將構建一個例子來展示這些元素的用法。

下圖給出了一個簡單的定向圖（directed graph），其中包含 3 個節點。第一行聲明這個圖爲 G，並且聲明瞭該圖的類型（digraph）。接下來的三行代碼用於創建該圖的節點，這些節點分別名爲 node1、node2 和 node3。節點是在它們的名字出現在圖規範中時創建的。邊是在在兩個節點使用邊操作（->）連接在一起時創建的，如第 6 行到第 8 行所示。我還對邊使用了一個可選的屬性 label，用它來表示邊在圖中的名稱。最後，在第 9 行完成對該圖規範的定義。

使用 Dot 符號表示的示例圖（test.dot）

1： digraph G {

2：   node1;

3：   node2;

4：   node3;

5：

6：   node1 -> node2 [label="edge_1_2"];

7：   node1 -> node3 [label="edge_1_3"];

8：   node2 -> node3 [label="edge_2_3"];

9： }

要將這個 .dot 文件轉換成一個圖形映像，則需要使用 Dot 工具，這個工具是在 Graphviz 包中提供的。清單 6 介紹了這種轉換。

清單 6. 使用 Dot 來創建 JPG 映像

[linux /home]$ dot -Tjpg test.dot -o test.jpg

在這段代碼中，我告訴 Dot 使用 test.dot 圖形規範，並生成一個 JPG 圖像，將其保存在文件 test.jpg 中。所生成的圖像如圖1所示。在此處，我使用了 JPG 格式，但是 Dot 工具也可以支持其他格式，其中包括 GIF、PNG 和 postscript等等。

圖 1. Dot 創建的示例圖

Dot 語言還可以支持其他一些選項，包括外形、顏色和很多屬性。有興趣可以查看graphviz相關文檔。

2．從gprof的輸出中提取調用圖信息，產生可供Graphviz使用的dot文件。

這樣的腳本有人已經實現了，我們只要下載一個現成的就可以了，首先從http://www.ioplex.com/~miallen/ 網站下載一個mkgraph腳本。解壓該腳本到包含gmon.out文件的目錄下。使用mkgraph0.sh產生調用的jpg圖像文件。例如：使用上面的例子，生成cflow的調用圖。

[linux /home/cflow-1.1/src]$ mkgraph0.sh cflow gmon.out

部分調用圖如下，有了這個圖是不是對程序整體框架有了個清晰地瞭解，如果你對生成的調用圖效果不滿意，你還可以通過修改mkgraph0腳本使之產生合適的dot文件即可：

部分調用圖如下

總結：

使用gprof , Graphviz , mkgraph 生成函數調用圖

1． 使用 -pg 編譯和鏈接你的應用程序。

2． 執行你的應用程序使之生成供gprof 分析的數據。

3． 使用mkgraph腳本生成圖形化的函數調用圖。

相關資料：

文檔：用 Graphviz 可視化函數調用

文檔：Speed your code with the GNU profiler

文檔：gropf 幫助文件

Mkgraph 腳本：http://www.ioplex.com/~miallen/

Graphviz 工具：http://www.graphviz.org

Cflow         ：http://www.gnu.org/software/cflow/