在Mac OS X上进行C++性能分析

Question

我正在尝试在我的Mac（OS X Lion）上对一些C++代码进行性能分析，目前还没有找到有用的工具。我需要一个能够告诉我哪些函数占用了CPU时间的分析器（类似于Matlab分析器）。

我已经尝试过以下工具：

• gprof。这是我在Linux机器上使用的工具，但在我的Mac上只会输出空内容（显然是一个已知的问题）。
• Instruments。我无法弄清如何在编译后的二进制文件中进行性能分析，也找不到任何有用的教程。
• 其他搜索结果提到的Shark已经不再可用，而Valgrind则只能做内存分析。

- foges

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你可以尝试这个，因为这些原因。 - Mike Dunlavey

MikeDunlavey的评论间接建议您在gdb（或其他调试器，如果您能弄清楚如何）中打开程序，并定期手动中断它，基本上模拟gprof / Instruments为您执行的操作，但需要更多的精神压力。只需使用Instruments即可；有关逐步说明，请参见下面@duskwuff的答案。 - Quuxplusone

@Quuxplusone：我的间接建议可以找到gprof/Instruments无法找到的加速机会。Instruments会对调用栈进行采样，但据我所知，它不允许您实际检查单个堆栈样本，这是您找到加速的方法。相反（除非我错了），它认同“热路径”的概念，在任何体量较大的非玩具程序中，重大问题很容易隐藏在热路径之外。 - Mike Dunlavey

@Quuxplusone：以下是如何构建热路径。获取所有通过main（100％）的样本。其中，找到从main调用最多的例程（称其为A），并假设它占样本的30％。其他函数可能在剩余的70％中，但每个函数被调用的次数都少于A。在这些样本中，找到从A调用最多的例程（称其为B），并假设它占这些样本的30％。因此，序列main-A-B占样本的30％乘以30％= 9％。除了那9％之外的任何内容都不会被注意到。您可以发现，在几个级别之后，有很多东西是看不见的。 - Mike Dunlavey

BSD中的iprofiler非常好用，因为它的输出可以在Instruments中打开。 - Entalpi

Answer 1

仪器是使用的工具。仪器的完整解释超出了此答案的范围，但这里是一个快速入门指南：

1. 打开Instruments。¹
2. 选择“时间分析器”模板。
3. 在“目标”下拉菜单中选择您的应用程序。²
4. 点击红色圆形（“录制”）按钮以启动应用程序运行。
5. 如果适用，请在应用程序中执行需要分析的操作。
6. 再次点击记录按钮以停止记录。
7. 使用Instruments中的工具分析您的结果。

可用的工具中，最常用的工具是：

• 使用披露箭头展开调用树
• 单击函数名称旁边的带圈箭头进行聚焦
• 双击函数以查看相关源代码
• 左侧的“Invert Call Tree”复选框

您还可以在命令行上启动instruments的调用：

instruments -l 30000 -t Time\ Profiler -p 5773

请查看说明。

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_{¹ 打开Instruments的一种简单方法是使用Spotlight：只需点击任务栏右上角（时钟旁边）的放大镜，然后键入“Instruments”。}

_{² 点击“选择目标...”，然后导航到可执行文件的路径。}

- user149341

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嗨@duskwuff，那正是我一直在做的事情，但我的堆栈跟踪为空。完全没有任何东西。我的应用程序是一个命令行工具，应该在大约30秒后终止，但Instruments仍在继续。此外，我似乎找不到任何命令行输出（虽然这并非必要，但这将是我的程序正在运行的一个很好的指示）。 - foges

我刚学到了 iprofiler 命令行工具可以收集跟踪信息，并且这些信息可以在 Instruments 应用程序中查看。由于 man -k profiler 没有包含它在结果中，因此很难发现它的存在。 - Kurtis Rader

这也可以从命令行中使用，如 instruments。例如，instruments -t "Time Profiler" ./a.out foo.txt 20 — 这比在 GUI 中设置参数和工作目录更容易。之后，生成的 instrumentscli0.trace 可以通过 Instruments GUI 打开，甚至可以通过命令行打开 GUI：open -a Instruments instrumentscli0.trace。 - ShreevatsaR

你好，我来自2022年。我正在运行macOS 12.1操作系统，无法找到命令行程序"instruments"。请问你知道苹果将它移到哪里了吗？ - vy32

@PatKilg：我认为@vy2正在寻找上面提到的instruments命令行工具（我也在寻找它，但迄今没有成功）。 - Paul R

Answer 2

仪器确实是正确的答案，但如果你不知道如何使用它，另一个选择是在内置的活动监视器应用程序中使用分析器。在活动监视器中，您可以获取有关任何正在运行的进程的信息，并有一个按钮以样本执行一段时间。您需要启动程序，切换到活动监视器，查找进程，然后对其进行取样。

此外，您可以通过在调试器中运行程序并手动暂停它半打左右，并在这些时间记录调用堆栈来执行“穷人级的剖析”。这非常简单，但作为大多数程序的第一步，效果惊人。

还有一个命令行 sample 程序，它像其他程序一样对调用堆栈进行采样。

- bames53

Answer 3

工具是解决问题的关键。 为了避免空白痕迹的问题，请确保从XCode中打开工具：

Xcode > Open Developer Tool > Instruments

如果您使用上一个版本的XCode之前固定在dock中的旧Instruments图标打开Instruments，它将给您空白的跟踪结果。

- chutney

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确实。这解决了我遇到的空白调用树问题。谢谢！ - bsumirak

现在似乎只有这种方式可以启动Instruments（除了命令行）。 最近的操作系统升级后，在Spotlight中找不到它。 不确定什么时候发生了这种变化。 - Bryn Keller