C++动态性能验证

在对代码性能验证过程中，我们需要知道哪些部分是代码性能的瓶颈，这个过程需要对C++程序进行相应的动态性能验证，本文将针对动态验证的过程进行一些介绍，并针对AMD uProf性能验证工具的一些使用方法进行总结。

Profile原理

常见的性能分析程序原理一般分为三个阶段“

阶段	描述
数据收集	运行程序并收集分析数据
翻译	将分析数据集成并保存至一个DB中
分析	针对数据进行分析，获得性能瓶颈

下面将针对数据收集阶段具体工作内容进行总结：

数据收集阶段

基本介绍

待分析的目标可以是应用、整个系统或某个特定进程，分析的类型可以包括CPU性能、系统级别的功率分析以及功率应用分析等。数据收集可以分为事件触发或时间片，可收集的数据包括用户层和内核层部分。

重要数据

以CPU Profiling为例，其中比较重要的数据如下：

Profile类型	数据类型	采样事件
CPU Profiling	进程及线程ID，IP，函数调用栈	Timer、基于指令的采样以及核心的性能监测器

注意事项

1. 在进行profile过程中，我们应当尽可能避免阻塞式IO，因为将会影响验证的结果，合理的做法是提供一组验证数据，对于模块进行验证，避免人机交互带来的对于运行过程的影响。
2. profile软件可能需要在管理员模式下使用，这样才能访问exe的源码。

uProf 使用方法¹

基本界面及功能

uProf基本功能

• 性能分析
• 系统分析（IPC、内存带宽等）
• 热及功率分析以及能量分析

支持的语言包括C/C++、Java、Assembly等，支持的调试文件格式包括PDB、COFF等。

用例分析

1 待分析源码

这里提供了一个单词、字符以及句子统计的程序以供分析，其源代码如下：

int wordCount(const string& file){
    ifstream ifs;
    ifs.open(file);
    string sentence, word;
    int count = 0;
    if(ifs.is_open()){
        while ( getline (ifs,sentence) ){
            istringstream sentence_stream(sentence);
            while(sentence_stream >> word)
                count++;
        }
        ifs.close();
    }
    else{
        cout << "Unable to open the file" << endl;
    }
    return count;
}

int characterCount(const string& file){
    ifstream ifs;
    ifs.open(file);
    char character;
    int count = 0;
    if(ifs.is_open()){
        while (ifs >> character){    //以段落对文本进行读取
            if(character != '\r')
                count++;
        }

        ifs.close();
    }
    else{
        cout << "Unable to open the file" << endl;
    }
    return count;
}

// 这个函数写的比较丑，没什么参考价值，不断依靠重复的对标点符号进行判断从而断句。只是做一个示例
int sentenceCount(const string& file){
    ifstream ifs;
    ifs.open(file);
    string sentence, word;
    int count = 0;
    if(ifs.is_open()){

        while ( getline (ifs, sentence, '.') ){    //以段落对文本进行读取
            count++;
        }

        ifs.clear();
        ifs.seekg(0);

        while ( getline (ifs, sentence, '?') ){    //以段落对文本进行读取
            count++;
        }

        ifs.clear();
        ifs.seekg(0);
        while ( getline (ifs, sentence, ';') ){    //以段落对文本进行读取
            count++;
        }

        ifs.clear();
        ifs.seekg(0);
        while ( getline (ifs, sentence, '!') ){    //以段落对文本进行读取
            count++;
        }
        ifs.close();
    }
    else{
        cout << "Unable to open the file" << endl;
    }
    return count;
}


int main()
{
    string file{"test.txt"};
    cout << "Character Number:" << characterCount(file) << endl;

    // 统计单词个数
    cout << "Word Number: " << wordCount(file)     << endl;

    // 统计句子个数
    cout << "Sentence Number: " <<sentenceCount(file) << endl;

    return 0;
}

2 配置分析类型以及待分析应用程序所在目录

1 以管理员模式启动uProf程序，在Select Profile Target处选择Application

2 设置好待分析的可执行程序路径及工作目录。

3 点击Next，选择profile类型以及对应的分析手段和分析过程的一些参数等，这里详见使用文档，然后点击Start Profile。这个过程可能会提示获得数据错误，多试几次即可。

4 观察profile结果，获得性能分析结果

下图为运行后得到的分析结果，展示了热点函数、进程、模块以及线程。点击上面的Analyze，可以进一步查看更加详细的分析结果，例如某一个具体函数所占据的运行时间为多少。从而可以发现性能瓶颈。

在上面的详细结果中，我们可以看出每个函数所占用的时间，可以发现我们的characterCount以及wordCount占用时间都是比较短的。不算是性能上的瓶颈。

Very Sleepy CS使用方法

由于uProf只能用于AMD的CPU，这里介绍另一个profile软件Very Sleepy CS，这个软件十分轻量化，使用也非常简单，但是也能够给我们提供比较好的分析结果。同样的，该软件应当在管理员模式下使用。

基本界面及功能

Sleepy的界面如下所示：

界面左上部分为当前进程，右上为待分析进程。点击File——Launch并填写待分析程序路径和执行路径后，即可开始分析，下图为分析结果。

在filter中我们可以查看想看的函数运行情况，从图中我们可以看出characterCount的运行情况为：

• Inclusive（考虑函数内部调用其他函数）：占比19.33%
• Exclusive（不考虑函数内部调用其他函数）：占比0.00%

当然一般我们是要考虑内部函数调用情况的。

参考文献

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1. 1.uProf使用介绍 ↩