go pprof使用

pprof 简介

工欲善其事必先利其器， java 中有 async-profile、 arthas、jstack/jmap/jstat 等一系列工具来辅助排查性能问题

在 linux 下，常用的调试定位工具：

• vmstat、iostat、 mpstat、netstat、 sar 、top：查看系统、程序信息等
• gprof、perf、perf top：定位到具体函数、调用等
• strace、ltrace：系统调用、函数调用、库函数调用等
• pstack、ptree、pmap：堆栈信息
• dmesg：系统log信息

go 语言中在内存、性能排查方面主要使用 pprof:

• pprof 是用于可视化和分析性能分析数据的工具
• pprof 以 profile.proto 读取分析样本的集合，并生成报告以可视化并帮助分析数据（支持文本和图形报告）
• profile.proto 是一个 Protocol Buffer v3 的描述文件，它描述了一组 callstack 和 symbolization 信息， 作用是表示统计分析的一组采样的调用栈，是很常见的 stacktrace 配置文件格式

pprof 的使用场景:

• CPU Profiling：CPU 分析，按照一定的频率采集所监听的应用程序 CPU（含寄存器）的使用情况，可确定应用程序在主动消耗 CPU 周期时花费时间的位置
• Memory Profiling：内存分析，在应用程序进行堆分配时记录堆栈跟踪，用于监视当前和历史内存使用情况，以及检查内存泄漏
• Block Profiling：阻塞分析，记录 goroutine 阻塞等待同步（包括定时器通道）的位置
• Mutex Profiling：互斥锁分析，报告互斥锁的竞争情况

pprof 的使用方式:

• Report generation：报告生成
• Interactive terminal use：交互式终端使用
• Web interface：Web 界面

pprof 使用

引入 pprof

pprof 是入侵式的， 需要先引入依赖:

"net/http"
_ "net/http/pprof"

然后显示的开启一个端口(最好是单独启一个协程， 如果程序是一个web服务， 避免和web Server公用同一个端口):

go func() {
   log.Println(http.ListenAndServe(":6060", nil))
}()

我们引入了两个包: net/http 和 net/http/pprof, 前者是启动一个http服务监听一个端口， 后者做了几件事情：

在 init 里面注册路由:

func init() {
	http.HandleFunc("/debug/pprof/", Index)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/cmdline", Cmdline)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/profile", Profile)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/symbol", Symbol)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/trace", Trace)
}

实现ServeHTTP并注册以下几个路由:

var profileSupportsDelta = map[handler]bool{
	"allocs":       true,
	"block":        true,
	"goroutine":    true,
	"heap":         true,
	"mutex":        true,
	"threadcreate": true,
}

通过 web 界面访问

直接访问ip:port/debug/pprof 可以看到一些子页面， 类似如下:

/debug/pprof/

Types of profiles available:
Count	Profile
95	allocs
3	block
0	cmdline
55	goroutine
95	heap
1	mutex
0	profile
5	threadcreate
0	trace
full goroutine stack dump

我们常用的一些性能分析数据可以从这些页面得到:

• cpu（CPU Profiling): /debug/pprof/profile，默认进行 30s 的 CPU Profiling，得到一个分析用的 profile 文件
• block（Block Profiling）：/debug/pprof/block，查看导致阻塞同步的堆栈跟踪
• goroutine：/debug/pprof/goroutine，查看当前所有运行的 goroutines 堆栈跟踪
• heap（Memory Profiling）: /debug/pprof/heap，查看活动对象的内存分配情况
• mutex（Mutex Profiling）：/debug/pprof/mutex，查看导致互斥锁的竞争持有者的堆栈跟踪
• threadcreate：/debug/pprof/threadcreate，查看创建新 OS 线程的堆栈跟踪
• cmdline: 显示程序启动命令及参数
• trace: 程序运行跟踪信息

交互终端使用

1. CPU Profile: go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/profile?seconds=60

执行该命令后，需等待 60 秒（可调整 seconds 的值），pprof 会进行 CPU Profiling。结束后将默认进入 pprof 的交互式命令模式，可以对分析的结果进行查看或导出。交互模式下具体的命令可以通过 help 查看命令说明

go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/profile?seconds=60
Fetching profile over HTTP from http://localhost:6060/debug/pprof/profile?seconds=60
Saved profile in /root/pprof/pprof.pprof-amd64-linux.samples.cpu.001.pb.gz
File: pprof-amd64-linux
Type: cpu
Time: Jun 27, 2023 at 7:56pm (CST)
Duration: 60.14s, Total samples = 32.90s (54.71%)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)


#### CPU Profile 
(pprof) top
Showing nodes accounting for 32.88s, 99.94% of 32.90s total
Dropped 15 nodes (cum <= 0.16s)
      flat  flat%   sum%        cum   cum%
    32.88s 99.94% 99.94%     32.88s 99.94%  github.com/wolfogre/go-pprof-practice/animal/felidae/tiger.(*Tiger).Eat
         0     0% 99.94%     32.88s 99.94%  github.com/wolfogre/go-pprof-practice/animal/felidae/tiger.(*Tiger).Live
         0     0% 99.94%     32.90s   100%  main.main
         0     0% 99.94%     32.90s   100%  runtime.main

上面的示例在结束 CPU Profiling 后， 通过 top 命令查看CPU占用久的函数， top 输出各列的含义:

• flat：给定函数上运行耗时
• flat%：同上的 CPU 运行耗时总比例
• sum%：给定函数累积使用 CPU 总比例
• cum：当前函数加上它之上的调用运行总耗时
• cum%：同上的 CPU 运行耗时总比例

1. 分析内存使用情况 go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/heap
2. 阻塞同步分析 go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/block
3. 锁竞争分析 go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/mutex
4. 协程堆栈分析 go tool pprof http://localhost:6060/debug/pprof/goroutine

可视化分析

pprof 还提供了可视化界面的查看， 有两种操作方式(需要提前安装 graphviz 支持):

1. 在本机操作, 在交互式终端输入 web, 此刻会打开浏览器跳转
2. 如要将服务器/容器上的信息拉到本地分析， 在命令交互的时候会生成 .pb.gz 文件， 拉到本地后使用命令如: go tool pprof -http=:8081 ./pprof.pprof-amd64-linux.goroutine.001.pb.gz 即可跳转浏览器查看（有top占用、火焰图等信息） 备注: 这里生成的文件也可以采取 curl 生成: curl -o cpu.prof http://localhost:6060/debug/pprof/profile