Perf全名是Performance Event，是在Linux 2.6.31 以後內建的系統效能分析工具，它隨着核心一併釋出。藉由perf，應用程式可以利用PMU (Performance Monitoring Unit), tracepoint 和核心內部的特殊計數器(counter) 來進行統計，另外還能同時分析運行中的核心程式碼，從而更全面瞭解應用程式中的效能瓶頸。
相較於OProfile和GProf，perf 的優勢在於與Linux Kernel 緊密結合，並可受益於最先納入核心的新特徵。perf 基本原理是對目標進行取樣，紀錄特定的條件下所偵測的事件是否發生以及發生的次數。例如根據tick 中斷進行取樣，即在tick 中斷內觸發取樣點，在取樣點裏判斷行程(process) 當時的context。假如一個行程90% 的時間都花費在函式foo() 上，那麼90% 的取樣點都應該落在函式foo() 的上下文中。
Perf 可取樣的事件非常多，可以分析Hardware event，如cpu-cycles、instructions 、cache-misses、branch-misses …等等。可以分析Software event，如page-faults、context-switches …等等，另外一種就是Tracepoint event。知道了cpu-cycles、instructions 我們可以瞭解Instruction per cycle 是多少，進而判斷程式碼有沒有好好利用CPU，cache-misses 可以曉得是否有善用Locality of reference ，branch-misses 多了是否導致嚴重的pipeline hazard ？另外Perf 還可以對函式進行採樣，瞭解效能卡在哪邊。
安裝
首先利用以下指令查看目前的Kernel config 有沒有啓用Perf。如果PC 上是裝一般Linux distro，預設值應該都有開啓。
＄ cat "/boot/config-`uname -r`" | grep "PERF_EVENT"
前面講到，perf 是Linux 內建支持的效能優化工具，在2.6.31 版本之後，我們可以直接到Linux Kernel Archives下載對應版本的程式碼，解壓縮後到tools/perf裏面去編譯，通常過程中會有相依的套件需要安裝，依指示完成安裝後，編譯即可成功，最後再把編譯完成的perf 移至 中/usr/bin就可以使用了。這種方法通常適用於更新過kernel 的使用者，因爲更新過kernel 後會造成distribution package 與kernel version 不相符。一般使用者採用第二種方法即可。
使用apt-get 進行安裝。
$ sudo apt-get install linux-tools-common
接着輸入perf list 或perf top 檢查一下perf 可不可以使用。
如果出現以下的信息，表示還漏了些東西。
WARNING: perf not found for kernel 3.16.0-50
You may need to install the following packages for this specific kernel:
linux-tools-3.16.0-50-generic
linux-cloud-tools-3.16.0-50-generic
上面的Kernel 版本可能和你不一樣，根據指示安裝起來即可。不放心的話可以使用＄ uname -r確認。
$ sudo apt-get install linux-tools-3.16.0-50-generic linux-cloud-tools-3.16.0-50-generic
到這裏perf 的安裝就完成了。不過這裏我再稍微補充一下，如果你不是切換到root 的情況下輸入
$ perf top
kernel.perf_event_paranoid 是用來決定你在沒有root 權限下(Normal User) 使用perf 時，你可以取得哪些event data。預設值是1 ，你可以輸入
$ cat /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid
來查看權限值。一共有四種權限值:
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。
最後如果要檢測cache miss event ，需要先取消kernel pointer 的禁用。
$ sudo sh -c " echo 0 > /proc/sys/kernel/kptr_restrict"
perf top -p $pid
Perf 能觸發的事件分爲三類：
hardware : 由PMU 產生的事件，比如cache-misses、cpu-cycles、instructions、branch-misses …等等，通常是當需要了解程序對硬體特性的使用情況時會使用。
software : 是核心程式產生的事件，比如context-switches、page-faults、cpu-clock、cpu-migrations …等等。
tracepoint : 是核心中的靜態tracepoint 所觸發的事件，這些tracepoint 用來判斷在程式執行時期，核心的行爲細節，比如slab 記憶體配置器的配置次數等。
Perf 包含20 幾種子工具集
perf top 其實跟平常Linux 內建的top 指令很相似。它能夠「即時」的分析各個函式在某個event 上的熱點，找出拖慢系統的兇手，就如同上面那個範例一樣。甚至，即使沒有特定的程序要觀察，你也可以直接下達$ perf top指令來觀察是什麼程序喫掉系統效能，導致系統異常變慢。
可以發現紅色熱點就出現了。右邊第一列爲各函式的符號，左邊第一行是該符號引發的event 在整個「監視域」中佔的比例，我們稱作該符號的熱度，監視域指的是perf 監控的所有符號，預設值包括系統所有程序、核心以及核心module 的函式，左邊第二行則爲該符號所在的Shared Object 。若符號旁顯示[.]表示其位於User mode，[k]則爲kernel mode。
perf stat
相較於top，使用perf stat 往往是你已經有個要優化的目標，對這個目標進行特定或一系列的event 檢查，進而瞭解該程序的效能概況。（event 沒有指定的話，預設會有十種常用event。）
$ perf stat --repeat 5 -e cache-misses,cache-references,instructions,cycles ./perf_stat_cache_miss
--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。cache-misses,cache-references和instructions,cycles類似這種成對的event，若同時出現perf 會很貼心幫你計算比例。
根據這次perf stat 結果可以明顯發現程序有很高的cache miss，連帶影響IPC 只有0.65。
perf record & perf report 有別於stat，record 可以針對函式級別進行event 統計，方便我們對程序「熱點」作更精細的分析和優化。我們來對以下程式，使用perf record 進行branch 情況分析
$ perf record -e branch-misses:u,branch-instructions:u ./perf_record_example
$ perf report
:u是讓perf 只統計發生在user space 的event。最後可以觀察到迴圈展開前後branch-instructions 的差距。
另外，使用record 有可能會碰到的問題是取樣頻率太低，有些函式的訊息沒有沒顯示出來（沒取樣到），這時可以使用來調高取樣頻率，可以輸入以下查看最大值，要-F <frequcncy>更改也沒問題，但能調到多大可能還要查一下。
$ cat /proc/sys/kernel/perf_event_max_sample_rate