场景1
如何分析程序的运行时间与CPU利用率情况？
场景2
如何分析Golang程序的内存使用情况？
场景3
如何分析Golang程序的CPU性能情况？
场景1、如何分析程序的运行时间与CPU利用率情况？
01
shell内置time指令
$ time go run test2.go
&{{0 0} 张三 0}
real 0m0.843s
user 0m0.216s
sys 0m0.389s
上面是使用time对 go run test2.go对执行程序做了性能分析，得到3个指标。
一般情况下 real >= user + sys，因为系统还有其它进程(切换其他进程中间对于本进程会有空白期)。
02
/usr/bin/time指令
$ /usr/bin/time -v go run test2.go
Command being timed: "go run test2.go"
User time (seconds): 0.12
System time (seconds): 0.06
Percent of CPU this job got: 115%
Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:00.16
Average shared text size (kbytes): 0
Average unshared data size (kbytes): 0
Average stack size (kbytes): 0
Average total size (kbytes): 0
Maximum resident set size (kbytes): 41172
Average resident set size (kbytes): 0
Major (requiring I/O) page faults: 1
Minor (reclaiming a frame) page faults: 15880
Voluntary context switches: 897
Involuntary context switches: 183
Swaps: 0
File system inputs: 256
File system outputs: 2664
Socket messages sent: 0
Socket messages received: 0
Signals delivered: 0
Page size (bytes): 4096
Exit status: 0
可以看到这里的功能要强大多了，除了之前的信息外，还包括了：
场景2、如何分析Golang程序的内存使用情况?
01
内存占用情况查看
package main
import ( "log"
"runtime"
"time"
)func test() { //slice 会动态扩容，用slice来做堆内存申请 container := make([]int, 8)
log.Println(" ===> loop begin.")
for i := 0; i < 32*1000*1000; i++ {
container = Append(container, i) } log.Println(" ===> loop end.")
}func main() { log.Println("Start.")
test() log.Println("force gc.")
runtime.GC() //强制调用gc回收 log.Println("Done.")
time.Sleep(3600 * time.Second) //睡眠，保持程序不退出
}
编译
$go build -o snippet_mem && ./snippet_mem
然后在./snippet_mem进程没有执行完，我们再开一个窗口，通过top命令查看进程的内存占用情况
$top -p $(pidof snippet_mem)
得到结果如下：
我们看出来，没有退出的snippet_mem进程有约830m的内存被占用。
直观上来说，这个程序在test()函数执行完后，切片contaner的内存应该被释放，不应该占用830M那么大。
下面让我们使用GODEBUG来分析程序的内存使用情况。
02
GODEBUG与gctrace
用法
执行snippet_mem程序之前添加环境变量GODEBUG='gctrace=1'来跟踪打印垃圾回收器信息
$ GODEBUG='gctrace=1' ./snippet_mem
设置gctrace=1会使得垃圾回收器在每次回收时汇总所回收内存的大小以及耗时，
并将这些内容汇总成单行内容打印到标准错误输出中。
格式
gc # @#s #%: #+#+# ms clock, #+#/#/#+# ms cpu, #->#-># MB, # MB goal, # P
含义
gc # GC次数的编号，每次GC时递增
@#s 距离程序开始执行时的时间
#% GC占用的执行时间百分比
#+...+# GC使用的时间
#->#-># MB GC开始，结束，以及当前活跃堆内存的大小，单位M
# MB goal 全局堆内存大小
# P 使用processor的数量
如果每条信息最后，以(forced)结尾，那么该信息是由runtime.GC()调用触发
我们来选择其中一行来解释一下：
gc 17 @0.149s 1%: 0.004+36+0.003 ms clock, 0.009+0/0.051/36+0.006 ms cpu, 181->181->101 MB, 182 MB goal, 2 P
该条信息含义如下：
了解了GC的调试信息读法后，接下来我们来分析一下本次GC的结果。
我们还是执行GODEBUG调试
$ GODEBUG='gctrace=1' ./snippet_mem
结果如下
2020/03/02 11:22:37 Start.
2020/03/02 11:22:37 ===> loop begin.
gc 1 @0.002s 5%: 0.14+0.45+0.002 ms clock, 0.29+0/0.042/0.33+0.005 ms cpu, 4->4->0 MB, 5 MB goal, 2 P
gc 2 @0.003s 4%: 0.13+3.7+0.019 ms clock, 0.27+0/0.037/2.8+0.038 ms cpu, 4->4->2 MB, 5 MB goal, 2 P
gc 3 @0.008s 3%: 0.002+1.1+0.001 ms clock, 0.005+0/0.083/1.0+0.003 ms cpu, 6->6->2 MB, 7 MB goal, 2 P
gc 4 @0.010s 3%: 0.003+0.99+0.002 ms clock, 0.006+0/0.041/0.82+0.004 ms cpu, 5->5->2 MB, 6 MB goal, 2 P
gc 5 @0.011s 4%: 0.079+0.80+0.003 ms clock, 0.15+0/0.046/0.51+0.006 ms cpu, 6->6->3 MB, 7 MB goal, 2 P
gc 6 @0.013s 4%: 0.15+3.7+0.002 ms clock, 0.31+0/0.061/3.3+0.005 ms cpu, 8->8->8 MB, 9 MB goal, 2 P
gc 7 @0.019s 3%: 0.004+2.5+0.005 ms clock, 0.008+0/0.051/2.1+0.010 ms cpu, 20->20->6 MB, 21 MB goal, 2 P
gc 8 @0.023s 5%: 0.014+3.7+0.002 ms clock, 0.029+0.040/1.2/0+0.005 ms cpu, 15->15->8 MB, 16 MB goal, 2 P
gc 9 @0.031s 4%: 0.003+1.6+0.001 ms clock, 0.007+0.094/0/0+0.003 ms cpu, 19->19->10 MB, 20 MB goal, 2 P
gc 10 @0.034s 3%: 0.006+5.2+0.004 ms clock, 0.013+0/0.045/5.0+0.008 ms cpu, 24->24->13 MB, 25 MB goal, 2 P
gc 11 @0.040s 3%: 0.12+2.6+0.002 ms clock, 0.24+0/0.043/2.5+0.004 ms cpu, 30->30->16 MB, 31 MB goal, 2 P
gc 12 @0.043s 3%: 0.11+4.4+0.002 ms clock, 0.23+0/0.044/4.1+0.005 ms cpu, 38->38->21 MB, 39 MB goal, 2 P
gc 13 @0.049s 3%: 0.008+10+0.040 ms clock, 0.017+0/0.045/10+0.080 ms cpu, 47->47->47 MB, 48 MB goal, 2 P
gc 14 @0.070s 2%: 0.004+12+0.002 ms clock, 0.008+0/0.062/12+0.005 ms cpu, 122->122->41 MB, 123 MB goal, 2 P
gc 15 @0.084s 2%: 0.11+11+0.038 ms clock, 0.22+0/0.064/3.9+0.076 ms cpu, 93->93->93 MB, 94 MB goal, 2 P
gc 16 @0.122s 1%: 0.005+25+0.010 ms clock, 0.011+0/0.12/24+0.021 ms cpu, 238->238->80 MB, 239 MB goal, 2 P
gc 17 @0.149s 1%: 0.004+36+0.003 ms clock, 0.009+0/0.051/36+0.006 ms cpu, 181->181->101 MB, 182 MB goal, 2 P
gc 18 @0.187s 1%: 0.12+19+0.004 ms clock, 0.25+0/0.049/19+0.008 ms cpu, 227->227->126 MB, 228 MB goal, 2 P
gc 19 @0.207s 1%: 0.096+27+0.004 ms clock, 0.19+0/0.077/0.73+0.009 ms cpu, 284->284->284 MB, 285 MB goal, 2 P
gc 20 @0.287s 0%: 0.005+944+0.040 ms clock, 0.011+0/0.048/1.3+0.081 ms cpu, 728->728->444 MB, 729 MB goal, 2 P
2020/03/02 11:22:38 ===> loop end.
2020/03/02 11:22:38 force gc.
gc 21 @1.236s 0%: 0.004+0.099+0.001 ms clock, 0.008+0/0.018/0.071+0.003 ms cpu, 444->444->0 MB, 888 MB goal, 2 P (forced)
2020/03/02 11:22:38 Done.
GC forced
gc 22 @122.455s 0%: 0.010+0.15+0.003 ms clock, 0.021+0/0.025/0.093+0.007 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
GC forced
gc 23 @242.543s 0%: 0.007+0.075+0.002 ms clock, 0.014+0/0.022/0.085+0.004 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
GC forced
gc 24 @362.545s 0%: 0.018+0.19+0.006 ms clock, 0.037+0/0.055/0.15+0.013 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
GC forced
gc 25 @482.548s 0%: 0.012+0.25+0.005 ms clock, 0.025+0/0.025/0.11+0.010 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
GC forced
gc 26 @602.551s 0%: 0.009+0.10+0.003 ms clock, 0.018+0/0.021/0.075+0.006 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
GC forced
gc 27 @722.554s 0%: 0.012+0.30+0.005 ms clock, 0.025+0/0.15/0.22+0.011 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
GC forced
gc 28 @842.556s 0%: 0.027+0.18+0.003 ms clock, 0.054+0/0.11/0.14+0.006 ms cpu, 0->0->0 MB, 4 MB goal, 2 P
...
分析
先看在test()函数执行完后立即打印的gc 21那行的信息。444->444->0 MB, 888 MB goal表示垃圾回收器已经把444M的内存标记为非活跃的内存。
再看下一个记录gc 22。0->0->0 MB, 4 MB goal表示垃圾回收器中的全局堆内存大小由888M下降为4M。
结论
1、在test()函数执行完后，demo程序中的切片容器所申请的堆空间都被垃圾回收器回收了。
2、如果此时在top指令查询内存的时候，如果依然先死800+MB，说明垃圾回收器回收了应用层的内存后，（可能）并不会立即将内存归还给系统。
03
runtime.ReadMemStats
package main
import ( "log"
"runtime"
"time"
)func readMemStats() { var ms runtime.MemStats runtime.ReadMemStats(&ms) log.Printf(" ===> Alloc:%d(bytes) HeapIdle:%d(bytes) HeapReleased:%d(bytes)", ms.Alloc, ms.HeapIdle, ms.HeapReleased)
}func test() { //slice 会动态扩容，用slice来做堆内存申请 container := make([]int, 8)
log.Println(" ===> loop begin.")
for i := 0; i < 32*1000*1000; i++ {
container = append(container, i) if ( i == 16*1000*1000) {
readMemStats() } } log.Println(" ===> loop end.")
}func main() { log.Println(" ===> [Start].")
readMemStats() test() readMemStats() log.Println(" ===> [force gc].")
runtime.GC() //强制调用gc回收 log.Println(" ===> [Done].")
readMemStats() go func() { for {
readMemStats() time.Sleep(10 * time.Second)
} }() time.Sleep(3600 * time.Second) //睡眠，保持程序不退出
}
这里我们， 封装了一个函数readMemStats()，这里面主要是调用runtime中的ReadMemStats()方法获得内存信息，然后通过log打印出来。
我们执行一下代码并运行
$ go run demo2.go
2020/03/02 18:21:17 ===> [Start].
2020/03/02 18:21:17 ===> Alloc:71280(bytes) HeapIdle:66633728(bytes) HeapReleased:66600960(bytes)
2020/03/02 18:21:17 ===> loop begin.
2020/03/02 18:21:18 ===> Alloc:132535744(bytes) HeapIdle:336756736(bytes) HeapReleased:155721728(bytes)
2020/03/02 18:21:38 ===> loop end.
2020/03/02 18:21:38 ===> Alloc:598300600(bytes) HeapIdle:609181696(bytes) HeapReleased:434323456(bytes)
2020/03/02 18:21:38 ===> [force gc].
2020/03/02 18:21:38 ===> [Done].
2020/03/02 18:21:38 ===> Alloc:55840(bytes) HeapIdle:1207427072(bytes) HeapReleased:434266112(bytes)
2020/03/02 18:21:38 ===> Alloc:56656(bytes) HeapIdle:1207394304(bytes) HeapReleased:434266112(bytes)
2020/03/02 18:21:48 ===> Alloc:56912(bytes) HeapIdle:1207394304(bytes) HeapReleased:1206493184(bytes)
2020/03/02 18:21:58 ===> Alloc:57488(bytes) HeapIdle:1207394304(bytes) HeapReleased:1206493184(bytes)
2020/03/02 18:22:08 ===> Alloc:57616(bytes) HeapIdle:1207394304(bytes) HeapReleased:1206493184(bytes)
c2020/03/02 18:22:18 ===> Alloc:57744(bytes) HeapIdle:1207394304(bytes) HeapReleased:1206493184(by
可以看到，打印[Done].之后那条trace信息，Alloc已经下降，即内存已被垃圾回收器回收。在2020/03/02 18:21:38和2020/03/02 18:21:48的两条trace信息中，HeapReleased开始上升，即垃圾回收器把内存归还给系统。
另外，MemStats还可以获取其它哪些信息以及字段的含义可以参见官方文档：http://golang.org/pkg/runtime/#MemStats
04
pprof工具
pprof工具支持网页上查看内存的使用情况，需要在代码中添加一个协程即可。
import(
"net/http"
_ "net/http/pprof"
)go func() {
log.Println(http.ListenAndServe("0.0.0.0:10000", nil))
}()
具体添加的完整代码如下：
代码demo3.go
package main
import ( "log"
"runtime"
"time"
"net/http"
_ "net/http/pprof"
)func readMemStats() { var ms runtime.MemStats runtime.ReadMemStats(&ms) log.Printf(" ===> Alloc:%d(bytes) HeapIdle:%d(bytes) HeapReleased:%d(bytes)", ms.Alloc, ms.HeapIdle, ms.HeapReleased)
}func test() { //slice 会动态扩容，用slice来做堆内存申请 container := make([]int, 8)
log.Println(" ===> loop begin.")
for i := 0; i < 32*1000*1000; i++ {
container = append(container, i) if ( i == 16*1000*1000) {
readMemStats() } } log.Println(" ===> loop end.")
}func main() { //启动pprof go func() { log.Println(http.ListenAndServe("0.0.0.0:10000", nil))
}() log.Println(" ===> [Start].")
readMemStats() test() readMemStats() log.Println(" ===> [force gc].")
runtime.GC() //强制调用gc回收 log.Println(" ===> [Done].")
readMemStats() go func() { for {
readMemStats() time.Sleep(10 * time.Second)
} }() time.Sleep(3600 * time.Second) //睡眠，保持程序不退出
}
我们正常运行程序，然后同时打开浏览器，
输入地址：http://127.0.0.1:10000/debug/pprof/heap?debug=1
浏览器的内容其中有一部分如下，记录了目前的内存情况
# ...
# runtime.MemStats
# Alloc = 228248
# TotalAlloc = 1293696976
# Sys = 834967896
# Lookups = 0
# Mallocs = 2018
# Frees = 671
# HeapAlloc = 228248
# HeapSys = 804913152
# HeapIdle = 804102144
# HeapInuse = 811008
# HeapReleased = 108552192
# HeapObjects = 1347
# Stack = 360448 / 360448
# MSpan = 28288 / 32768
# MCache = 3472 / 16384
# BuckHashSys = 1449617
# GCSys = 27418976
# OtherSys = 776551
# NextGC = 4194304
# LastGC = 1583203571137891390
# ...
场景3、如何分析Golang程序的CPU性能情况?
01
性能分析注意事项
注意
性能分析注意事项
性能分析必须在一个可重复的、稳定的环境中来进行。
（如果承受得起，购买专用的性能测试分析的硬件设备，上架）
如果没有这样的环境，那就一定要在多个环境中，执行多次，以取得可参考的、具有相对一致性的测试结果。
02
CPU性能分析
package main
import ( "bytes"
"math/rand"
"time"
"log"
"net/http"
_ "net/http/pprof"
)func test() { log.Println(" ===> loop begin.")
for i := 0; i < 1000; i++ {
log.Println(genSomeBytes())
} log.Println(" ===> loop end.")
}//生成一个随机字符串func genSomeBytes() *bytes.Buffer { var buff bytes.Buffer for i := 1; i < 20000; i++ {
buff.Write([]byte{'0' + byte(rand.Intn(10))})
} return &buff
}func main() { go func() { for {
test() time.Sleep(time.Second * 1)
} }() //启动pprof http.ListenAndServe("0.0.0.0:10000", nil)
}
这里面还是启动了pprof的监听,有关pprof启动的代码如下
import (
"net/http"
_ "net/http/pprof"
)func main() {
//...
//...
//启动pprof
http.ListenAndServe("0.0.0.0:10000", nil)
}
main()里的流程很简单,启动一个goroutine去无限循环调用test()方法,休眠1s.
test()的流程是生成1000个20000个字符的随机字符串.并且打印.
我们将上面的代码编译成可执行的二进制文件 demo4(记住这个名字,稍后我们能用到)
$ go build demo4.go
接下来我们启动程序,程序会无限循环的打印字符串.
接下来我们通过几种方式来查看进程的cpu性能情况.
Web界面查看
A
我们会看到如下画面
这里面能够通过pprof查看包括(阻塞信息、cpu信息、内存堆信息、锁信息、goroutine信息等等), 我们这里关心的cpu的性能的profile信息.
有关profile下面的英文解释大致如下:
“CPU配置文件。您可以在秒GET参数中指定持续时间。获取概要文件后，请使用go tool pprof命令调查概要文件。”
所以我们要是想得到cpu性能,就是要获取到当前进程的profile文件,这个文件默认是30s生成一个,所以你的程序要至少运行30s以上(这个参数也可以修改,稍后我们介绍)
我们可以直接点击网页的profile,浏览器会给我们下载一个profile文件. 记住这个文件的路径, 可以拷贝到与demo4所在的同一文件夹下.
使用pprof工具查看
B
pprof 的格式如下
go tool pprof [binary] [profile]
binary: 必须指向生成这个性能分析数据的那个二进制可执行文件；
profile: 必须是该二进制可执行文件所生成的性能分析数据文件。
binary 和 profile 必须严格匹配。
我们来查看一下:
$ go tool pprof ./demo4 profile
File: demo4
Type: cpu
Time: Mar 3, 2020 at 11:18pm (CST)
Duration: 30.13s, Total samples = 6.27s (20.81%)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof)
help可以查看一些指令,我么可以通过top来查看cpu的性能情况.
(pprof) top
Showing nodes accounting for 5090ms, 81.18% of 6270ms total
Dropped 80 nodes (cum <= 31.35ms)
Showing top 10 nodes out of 60
flat flat% sum% cum cum%
1060ms 16.91% 16.91% 2170ms 34.61% math/rand.(*lockedSource).Int63
850ms 13.56% 30.46% 850ms 13.56% sync.(*Mutex).Unlock (inline)
710ms 11.32% 41.79% 2950ms 47.05% math/rand.(*Rand).Int31n
570ms 9.09% 50.88% 990ms 15.79% bytes.(*Buffer).Write
530ms 8.45% 59.33% 540ms 8.61% syscall.Syscall
370ms 5.90% 65.23% 370ms 5.90% runtime.procyield
270ms 4.31% 69.54% 4490ms 71.61% main.genSomeBytes
250ms 3.99% 73.52% 3200ms 51.04% math/rand.(*Rand).Intn
250ms 3.99% 77.51% 250ms 3.99% runtime.memmove
230ms 3.67% 81.18% 690ms 11.00% runtime.suspendG
(pprof)
这里面有几列数据,需要说明一下.
通过结果我们可以看出, 该程序的大部分cpu性能消耗在 main.getSoneBytes()方法中,其中math/rand取随机数消耗比较大.
通过go tool pprof得到profile文件
C
我们上面的profile文件是通过web浏览器下载的,这个profile的经过时间是30s的,默认值我们在浏览器上修改不了,如果你想得到时间更长的cpu利用率,可以通过go tool pprof指令与程序交互来获取到
首先,我们先启动程序
$ ./demo4
然后再打开一个终端
go tool pprof http://localhost:10000/debug/pprof/profile?seconds=60
这里制定了生成profile文件的时间间隔60s
等待60s之后, 终端就会有结果出来,我们继续使用top来查看.
$ go tool pprof http://localhost:10000/debug/pprof/profile?seconds=60
Fetching profile over HTTP from http://localhost:10000/debug/pprof/profile?seconds=60
Saved profile in /home/itheima/pprof/pprof.demo4.samples.cpu.005.pb.gz
File: demo4
Type: cpu
Time: Mar 3, 2020 at 11:59pm (CST)
Duration: 1mins, Total samples = 12.13s (20.22%)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof) top
Showing nodes accounting for 9940ms, 81.95% of 12130ms total
Dropped 110 nodes (cum <= 60.65ms)
Showing top 10 nodes out of 56
flat flat% sum% cum cum%
2350ms 19.37% 19.37% 4690ms 38.66% math/rand.(*lockedSource).Int63
1770ms 14.59% 33.97% 1770ms 14.59% sync.(*Mutex).Unlock (inline)
1290ms 10.63% 44.60% 6040ms 49.79% math/rand.(*Rand).Int31n
1110ms 9.15% 53.75% 1130ms 9.32% syscall.Syscall
810ms 6.68% 60.43% 1860ms 15.33% bytes.(*Buffer).Write
620ms 5.11% 65.54% 6660ms 54.91% math/rand.(*Rand).Intn
570ms 4.70% 70.24% 570ms 4.70% runtime.procyield
500ms 4.12% 74.36% 9170ms 75.60% main.genSomeBytes
480ms 3.96% 78.32% 480ms 3.96% runtime.memmove
440ms 3.63% 81.95% 440ms 3.63% math/rand.(*rngSource).Uint64
(pprof)
依然会得到cpu性能的结果, 我们发现这次的结果与上次30s的结果百分比类似.
可视化查看
D
我们还是通过
$ go tool pprof ./demo4 profile
进入profile文件查看,然后我们输入web指令.
$ go tool pprof ./demo4 profileFile: demo4
Type: cpu
Time: Mar 3, 2020 at 11:18pm (CST)
Duration: 30.13s, Total samples = 6.27s (20.81%)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof) web
这里如果报找不到graphviz工具,需要安装一下
Ubuntu安装
$sudo apt-get install graphviz
mac安装
brew install graphviz
windows安装
下载https://graphviz.gitlab.io/_p...
将graphviz安装目录下的bin文件夹添加到Path环境变量中。在终端输入dot -version查看是否安装成功。
然后我们得到一个svg的可视化文件在/tmp路径下
这样我们就能比较清晰的看到函数之间的调用关系,方块越大的表示cpu的占用越大。
以上便是场景的一些Golang性能及内存分析大小，如果你希望调试你的成品程序，可以参考以上方法来调整并提升您的框架或者产品。
本文作者：刘丹冰Aceld
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