Linux c/c++ 开发工具链常用功能汇总

 

开发过程中许多工具经常是配置一次用一段时间，记录备查。

编译器：

• • GCC 

• 性能分析：

  • perf + 火焰图（Flame Graphs）

 

将 perf（Linux 性能分析工具）与火焰图（FlameGraph）结合使用，可以直观地定位系统的性能瓶颈（如 CPU、内存、I/O 等）。以下是两者联动的详细步骤：

 

• • ​​1. 安装必要工具​​

    ​​1.1 安装 perf​​

    在 Linux 系统中安装 perf（通常包含在 linux-tools 包中）：

    bash

    sudo apt-get install linux-tools-common linux-tools-generic # Debian/Ubuntu

    sudo yum install perf # CentOS/RHEL

    ​​1.2 下载 FlameGraph 脚本​​

    从 GitHub 克隆火焰图生成工具：

    bash

    git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git cd FlameGraph

    ​​2. 使用 perf 采集性能数据​​

    ​​2.1 采集 CPU 热点数据​​

    记录进程或系统的 CPU 调用栈（示例采集 10 秒）：

    bash

    sudo perf record -F 99 -a -g -- sleep 10
    • -F 99: 采样频率为 99 Hz（避免与某些硬件计数器冲突）
    • -a: 监控所有 CPU
    • -g: 记录调用栈（生成火焰图的关键）
    • sleep 10: 采集持续 10 秒

    ​​2.2 其他常用选项​​

    • ​​监控特定进程​​：-p <PID>
    • ​​监控特定线程​​：-t <TID>
    • ​​记录事件类型​​：-e <event>（如 -e cache-misses 内存缓存未命中）

    ​​3. 生成火焰图​​

    ​​3.1 导出 perf.data 为文本格式​​

    bash

    sudo perf script > perf.script

    ​​3.2 生成火焰图​​

    使用 FlameGraph 脚本处理数据：

    bash

    cd FlameGraph ./stackcollapse-perf.pl < ../perf.script | ./flamegraph.pl > ../flamegraph.svg
    • stackcollapse-perf.pl: 折叠 perf 输出的调用栈
    • flamegraph.pl: 生成 SVG 格式火焰图

    ​​4. 查看火焰图​​

    用浏览器打开生成的 flamegraph.svg：

    • ​​横向宽度​​：表示函数或代码路径的耗时占比。
    • ​​纵向堆叠​​：表示调用栈层级，顶层是正在执行的函数，底层是调用链的起点。
    • ​​交互操作​​：点击可放大特定区域，悬停显示详细信息。

    ​​5. 高级用法​​

    ​​5.1 按需生成特定火焰图​​

    • ​​CPU 火焰图​​：默认生成。
    • ​​内存火焰图​​：使用 perf mem record 采集内存事件。
    • ​​Off-CPU 火焰图​​：分析进程阻塞时间（需结合 perf sched）。

    ​​5.2 自动化脚本​​

    将以下命令保存为脚本（如 gen_flamegraph.sh）：

    bash

    #!/bin/bash perf record -F 99 -a -g -- sleep 10 perf script > perf.script ./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl perf.script | ./FlameGraph/flamegraph.pl > flamegraph.svg

    ​​6. 常见问题​​

    ​​6.1 权限问题​​

    • 若 perf 报错权限不足，尝试：
      bash

      echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid # 临时关闭安全限制

    ​​6.2 火焰图不清晰​​

    • 确保采样时间足够长（如 30 秒以上）。
    • 检查是否启用了调试符号（编译时加 -g 选项）。

    ​​6.3 无符号名称​​

    • 安装调试符号包（如 linux-image-$(uname -r)-dbgsym）。

    ​​7. 参考工具​​

    • ​​实时火焰图​​：使用 perf-map-agent 分析 Java 程序。
    • ​​动态追踪​​：结合 eBPF 和 BCC 进行更细粒度的分析。

    通过 perf 和火焰图的联动，你可以快速定位系统性能瓶颈（如高 CPU 使用率、锁竞争、I/O 延迟等），大幅提升优化效率。

• 调试工具：

  • Valgrind检测内存泄漏（使用复杂，性能影响大，不适合生产环境常规使用，开发阶段。）

在软件开发中，内存泄漏是一个常见的问题，它会导致程序运行效率下降，甚至可能导致程序崩溃。Valgrind 是一个强大的内存调试工具，可以帮助开发者检测内存泄漏。下面是如何使用 Valgrind 来检测内存泄漏的步骤：

1. 安装 Valgrind

首先，确保你的系统上安装了 Valgrind。在 Ubuntu 上，你可以通过以下命令安装：

sudo apt-get update

sudo apt-get install valgrind

在 CentOS 上，你可以使用：

sudo yum install valgrind

2. 编译你的程序

为了更好地使用 Valgrind，建议使用 GCC 或 Clang 编译器编译你的程序，并带上 -g 选项来包含调试信息。例如：

gcc -g your_program.c -o your_program

3. 运行 Valgrind

使用 Valgrind 运行你的程序。在命令行中输入以下命令：

valgrind --leak-check=full ./your_program

这里，--leak-check=full 选项告诉 Valgrind 进行全面的内存泄漏检查。你也可以使用 --leak-check=summary 来获取一个简要的泄漏报告。

4. 分析输出结果

Valgrind 会运行你的程序，并在结束后显示内存泄漏的详细报告。报告中会列出所有检测到的内存泄漏，包括泄漏的数量、大小以及发生泄漏的代码位置。

5. 解决内存泄漏问题

根据 Valgrind 提供的报告，找到并解决代码中的内存泄漏问题。通常，你需要检查那些报告中出现泄漏的代码部分，确保所有动态分配的内存在使用完毕后都被正确释放（例如，通过 free() 函数释放 malloc() 分配的内存）。

示例输出分析

一个典型的 Valgrind 输出示例可能包含以下内容：

==12345== HEAP SUMMARY:

==12345== in use at exit: 1,024 bytes in 1 blocks

==12345== total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 1,024 bytes allocated

==12345==

==12345== LEAK SUMMARY:

==12345== definitely lost: 1,024 bytes in 1 blocks

==12345== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks

==12345== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks

==12345== still reachable: 0 bytes in 0 blocks

==12345== suppressed: 0 bytes in 0 blocks

 

在这个例子中，Valgrind 报告了有 1,024 字节的内存没有被释放。你需要检查相关的代码，确保所有相关的 malloc、new 等调用都有对应的 free、delete 等释放调用。

小贴士：

使用 Valgrind 的 --track-origins=yes 选项可以帮助你更好地理解内存泄漏的原因，它会追踪到导致泄漏的原始分配点。

在开发阶段频繁使用 Valgrind 来检测和修复内存问题是一个好习惯。

通过以上步骤，你可以有效地使用 Valgrind 来检测和解决程序中的内存泄漏问题。

 

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