--- title: perf の深い活用 url: https://doc.liz6.com/ja/systems-programming/08-performance-and-debugging/01-deep-dive-into-perf locale: ja area: systems-programming tags: - perf - linux - performance - profiling - ebpf - systems-programming - performance-and-debugging date: 2026-06-30 modified: 2026-07-16 description: 'カバー範囲: perf record/report/annotate → フレームグラフ → perf stat → PEBS → perf probe → パフォーマンス分析手法' --- # perf の深い活用 > カバー範囲: perf record/report/annotate → フレームグラフ → perf stat → PEBS → perf probe → パフォーマンス分析手法 > 対象: Linux perf_events (カーネル 2.6.31 以降) ## perf stat: CPU パフォーマンスカウンター ```bash # カウンタ型: プログラム実行全体を通じたハードウェアイベント perf stat ls / # 出力例: # task-clock: # 実際の CPU 時間 # cycles: # CPU サイクル (周波数スケーリングの影響を受ける。ユーザー空間のみに制限するには cycles:u を使用) # instructions: # 実行された命令数 # IPC: # instructions/cycles (>1 = スーパイプライン利用率が良好) # branches: # ブランチ命令 # branch-misses: # ブランチ予測ミス # cache-misses: # キャッシュミス # context-switches: # コンテキストスイッチ # page-faults: # ページフォルト # 主要指標: # IPC < 0.5: 深刻なストール (キャッシュミス、ブランチミス、データ依存性) # IPC > 2: スーパイプラインの高度な利用 # branch-miss rate > 5%: ブランチ予測の問題 # cache-miss rate > 10%: データの局所性の問題 # イベントの指定: perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branch-misses ./prog ``` ## perf record: サンプリング ```bash # サンプリング (デフォルト: cycles, サンプリングレート 4000 Hz): perf record -g ./prog # -g: コールチェーン（呼び出しグラフ）を記録 perf record -F 99 -g ./prog # 99 Hz サンプリング (フレームグラフの標準に近い) # 報告: perf report # インタラクティブ (関数/呼び出しチェーン) perf report --sort=dso,sym # .so ファイル + 関数名でソート perf report -n --stdio # テキスト形式 + サンプリング数 # アノテーション (ソースコード+アセンブリ+サンプリングの混合): perf annotate function_name # リアルタイム top: perf top -e cycles ``` ## フレームグラフ ```bash # 1. サンプリング: perf record -F 99 -g -- ./prog # 2. フレームグラフの生成 (Brendan Gregg のツールを使用): perf script > out.perf stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded flamegraph.pl out.folded > flamegraph.svg # または 1 行コマンド: perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > flame.svg ``` ## perf probe: 動的プロービング ```bash # 任意のユーザー空間関数にプローブポイントを付与: perf probe -x ./prog my_function perf probe -x ./prog 'my_function arg1=%di arg2=%si' # 引数をキャプチャ # 任意の行にプローブポイントを付与: perf probe -x ./prog my_file.c:42 # 記録: perf record -e probe_myprog:my_function -g -- ./prog # 付与済みのプローブポイントを確認: perf probe -l # 削除: perf probe -d my_function ``` ## PEBS: 高精度サンプリング ```bash # デフォルトのサンプリング: 割り込み後に命令ポインタを読み取る (不正確な場合があり、スキッドが発生する) # PEBS (Precise Event-Based Sampling): ハードウェアが正確な IP を記録 perf record -e cycles:pp ./prog # :pp = precise (2レベル) perf record -e cycles:ppp ./prog # :ppp = 最も高精度 (ハードウェアサポートが必要) ``` ## システムレベル分析 ```bash # システム全体のサンプリング (root 権限が必要): perf record -a -g -- sleep 10 # 全 CPU、10 秒間 # プロセスでフィルタリング: perf record -e cycles -p -- sleep 10 perf record -e cycles -t # スレッド単位 # CPU でフィルタリング: perf record -e cycles -C 0,2 -- sleep 10 # CPU 利用率の分解 (topdown): perf stat --topdown ./prog # Intel 第6世代以降 # frontend bound / backend bound / bad speculation / retiring ``` ## パフォーマンス分析手法 パフォーマンス分析方法論: まずボトルネックを定性的に特定し、その後段階的に掘り下げる 疑われるもの 最初に定性分析に使用するもの その後、掘り下げに使用するもの CPU バウンド? perf stat: IPC / 命令数 / サイクル perf record: ホットスポット関数の特定 メモリバウンド? perf stat: キャッシュミス, LLC-loads / LLC-load-misses perf record -e cache-misses I/O バウンド? iostat / blktrace perf trace (システムコールと所要時間のトレース) ロック競合? perf lock record + perf lock report perf stat -e context-switches ブランチ予測? perf stat -e branch-misses,branches perf record -e branch-misses まず perf stat でボトルネックの種類を定性的に特定し、その後 perf record / trace / lock で具体的な関数や呼び出しポイントまで段階的に掘り下げる。 ## 参考 - **ドキュメント**: https://perf.wiki.kernel.org, Brendan Gregg's perf examples - **ツール**: https://github.com/brendangregg/FlameGraph - **書籍**: "Systems Performance" (Brendan Gregg), "BPF Performance Tools" *キーワード: perf, PEBS, IPC, cache-misses, flame graph, perf probe, topdown, branch prediction*