facebook，做為世界上最大的php應用網(wǎng)站，為php貢獻出了hhvm xhprof等優(yōu)秀開源工具，其中xhprof已成為很多phper調(diào)試php性能瓶頸的利器。本文作者將從xhprof源碼出發(fā)，看看xhprof是怎么做到性能分析的
關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
xhprof主要只使用了如下兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
xhprof的兩種分析模式
1、XHPROF_MODE_HIERARCHICAL模式，該模式是詳細分析整個PHP代碼的執(zhí)行情況，其輸出的分析數(shù)據(jù)如下：
array(7){["main()==>load::./inc.php"]=>array(5){……}["main()==>run_init::Test/inc.php"]=>array(5){……}["bar==>echoHello"]=>array(5){……}["foo==>bar"]=>array(5){……}["main()==>foo"]=>array(5){……}["main()==>xhprof_disable"]=>array(5){……}["main()"]=>array(5){["ct"]=>int(1)["wt"]=>int(390372)["cpu"]=>int(392000)["mu"]=>int(15040)["pmu"]=>int(10024)}}
2、XHPROF_MODE_SAMPLED模式，該模式每隔0.1秒取樣一次，記錄當前執(zhí)行的堆棧，其輸出的分析數(shù)據(jù)如下：
array(5){["1460294938.300000"]=>string(30)
"main()==>foo==>bar==>echoHello"["1460294938.400000"]=>string(30)
"main()==>foo==>bar==>echoHello"["1460294938.500000"]=>string(30)
"main()==>foo==>bar==>echoHello"["1460294938.600000"]=>string(30)
"main()==>foo==>bar==>echoHello"["1460294938.700000"]=>string(30)
"main()==>foo==>bar==>echoHello"
}
該模式通過使用xhprof-flamegraphs和FlameGraph可生成flame graph，如下圖（我的測試代碼的圖太簡陋，就用xhprof-flamegraphs的圖代之了= =）：
XHPROF_MODE_HIERARCHICAL模式分析
一、xhprof_enable([ int $flags = 0 [, array $options ]] )的第二個參數(shù)$options用于過濾掉不想被profile的函數(shù)，過濾函數(shù)功能的實現(xiàn)：
1、在xhprof_enable()中會先執(zhí)行：hp_get_ignored_functions_from_arg(optional_array)，將要忽略的函數(shù)存儲到char **hp_globals.ignored_function_names中。
2、接著執(zhí)行hp_ignored_functions_filter_init()初始化uint8 hp_globals.ignored_function_filter[XHPROF_IGNORED_FUNCTION_FILTER_SIZE]，具體代碼如下：
static
void
hp_ignored_functions_filter_init(){
if(hp_globals.ignored_function_names
!=NULL){inti=0;for(;
hp_globals.ignored_function_names[i]
!=NULL;
i++){char*str=
hp_globals.ignored_function_names[i];uint8hash=
hp_inline_hash(str);
//根據(jù)函數(shù)名做hashhash >> 3
intidx=INDEX_2_BYTE(hash);
hp_globals.ignored_function_filter[idx]
|=INDEX_2_BIT(hash);
//1 << (hash & 0x7)
}}
}
因為XHPROF_IGNORED_FUNCTION_FILTER_SIZE為 32，所以INDEX_2_BYTE(hash)將hash右移3位，高位補0，確保得到的idx不會超過32。
hp_globals.ignored_function_filter是uint8類型數(shù)組，所以INDEX_2_BIT(hash)就是將hash映射到這8個bit中的某個位置。
也就是說一個hp_globals.ignored_function_filter的元素有可能保存多個hash值的映射。
3、過濾的判斷是通過hp_ignore_entry()->hp_ignore_entry_work()進行的，具體代碼：
int
hp_ignored_functions_filter_collision
(uint8hash){uint8mask=INDEX_2_BIT(hash);return
hp_globals.ignored_function_filter
[INDEX_2_BYTE(hash)]&mask;}
/*該方法首先判斷curr_func的hash是否在過濾列表
hp_globals.ignored_function_filter中如果存在，因為存在hash碰撞，
那么還需要判斷curr_func是否
在hp_globals.ignored_function_names中hp_globals.ignored_function_filter的存在就是
為了減少直接根據(jù)函數(shù)名去判斷是否需要過濾*/
int
hp_ignore_entry_work
(uint8hash_code,char*curr_func){intignore=0;if(
hp_ignored_functions_filter_collision
(hash_code)
){inti=0;for(;
hp_globals.ignored_function_names[i]
!=NULL;i++){char*name
=hp_globals.ignored_function_names[i];if(!strcmp(curr_func,name)){ignore++;break;}}}returnignore;
}
二、打點采集性能數(shù)據(jù)的實現(xiàn)：
在hp_begin(long level, long xhprof_flags TSRMLS_DC)中，替換掉了zend內(nèi)核execute_data的執(zhí)行函數(shù)以及一些編譯代碼的函數(shù)，相當于加了一層proxy，部分代碼如下：
_zend_compile_file=zend_compile_file;
//編譯PHP文件
zend_compile_file=hp_compile_file;_zend_compile_string=zend_compile_string;
//PHP的eval函數(shù)
zend_compile_string=hp_compile_string;_zend_execute_ex=zend_execute_ex;
//execute_data的執(zhí)行函數(shù)
zend_execute_ex=hp_execute_ex;_zend_execute_internal=zend_execute_internal;
//內(nèi)部函數(shù)（C函數(shù)）的執(zhí)行
zend_execute_internal=hp_execute_internal;
在每一層proxy中，都會調(diào)用BEGIN_PROFILING和END_PROFILING，以hp_execute_ex為例：
ZEND_DLEXPORT
void
hp_execute_ex
(zend_execute_data*execute_dataTSRMLS_DC){……BEGIN_PROFILING(
&hp_globals.entries,func,
hp_profile_flag);
//函數(shù)執(zhí)行前打點
#if PHP_VERSION_ID < 50500
_zend_execute(opsTSRMLS_CC);
#else
_zend_execute_ex(execute_dataTSRMLS_CC);
#endif
if(hp_globals.entries){END_PROFILING(&hp_globals.entries
,hp_profile_flag);
//函數(shù)執(zhí)行結(jié)束記錄統(tǒng)計信息
}
efree(func);
}
三、xhprof_disable輸出數(shù)據(jù)中ct和wt的實現(xiàn)
ct是當前代碼塊被執(zhí)行的次數(shù)，在END_PROFILING->hp_globals.mode_cb.end_fn_cb->hp_mode_hier_endfn_cb->hp_mode_shared_endfn_cb中：
hp_inc_count(counts,"ct",1TSRMLS_CC)
在每次代碼塊執(zhí)行結(jié)束后就會對其對應的ct增1。
wt是當前代碼塊總的執(zhí)行時間（wall clock time），在END_PROFILING->hp_globals.mode_cb.end_fn_cb->hp_mode_hier_endfn_cb->hp_mode_shared_endfn_cb中：
tsc_end=cycle_timer();hp_inc_count(
counts,
"wt",
get_us_from_tsc(tsc_end-top->tsc_start,hp_globals.cpu_frequencies
[hp_globals.cur_cpu_id])
TSRMLS_CC);
top->tsc_start是在BEGIN_PROFILING->hp_globals.mode_cb.begin_fn_cb->hp_mode_hier_beginfn_cb()中通過cycle_timer()獲得的，具體代碼：
//通過rdtsc匯編指令獲取CPU時鐘周期
staticinlineuint64cycle_timer(){uint32__a,__d;uint64val;asmvolatile("rdtsc":"=a"(__a),"=d"(__d));(val)=((uint64)__a)|(((uint64)__d)<<32);returnval;
}
hp_globals.cpu_frequencies[hp_globals.cur_cpu_id]存儲了各個CPU對應的時鐘頻率，時鐘頻率的獲取是通過如下方式：
static
double
get_cpu_frequency(){structtimevalstart;structtimevalend;if(gettimeofday(&start,0)){perror("gettimeofday");return0.0;}uint64tsc_start=cycle_timer();/* Sleep for 5 miliseconds.
Comparaing with gettimeofday's
few microseconds* execution time, this should be enough. */usleep(5000);if(gettimeofday(&end,0)){perror("gettimeofday");return0.0;}uint64tsc_end=cycle_timer();// 時鐘周期數(shù)/時間 = 時鐘頻率
return
(tsc_end-tsc_start)*1.0
/(get_us_interval(&start,&end));
}
static
void
get_all_cpu_frequencies(){intid;doublefrequency;hp_globals.cpu_frequencies
=malloc(sizeof(double)*hp_globals.cpu_num);if(hp_globals.cpu_frequencies==NULL){return;}/* Iterate over all cpus found
on the machine. */for(id=0;
id
++id){/* Only get the previous cpu affinity
mask for the first call. */if(bind_to_cpu(id)){
//為了測定每個CPU核的時鐘頻率，
//需要先綁定到指定的核上運行
clear_frequencies();return;}/* Make sure the current process
gets scheduled to the target cpu.
This might not be necessary though. */usleep(0);frequency=get_cpu_frequency();if(frequency==0.0){clear_frequencies();return;}hp_globals.cpu_frequencies[id]
=frequency;}
}
在獲取了每個核的CPU時鐘頻率后，會隨機地綁定到某個核上繼續(xù)執(zhí)行。
最后在get_us_from_tsc()中，通過代碼塊執(zhí)行花費的時鐘周期數(shù)/當前CPU時鐘頻率得到代碼塊執(zhí)行的時間wt。采用這種方式能更精確地獲取wt，欲詳細了解可以去研究下micro-benchmarking= =。
四、xhprof_disable輸出數(shù)據(jù)中cpu的實現(xiàn)
在END_PROFILING->hp_globals.mode_cb.end_fn_cb->hp_mode_hier_endfn_cb中：
if(hp_globals.xhprof_flags
&XHPROF_FLAGS_CPU){/* Get CPU usage */getrusage(RUSAGE_SELF,&ru_end);
//系統(tǒng)調(diào)用，獲取當前進程的資源使用情況/* Bump CPU stats in the counts hashtable */hp_inc_count(counts,"cpu",
(get_us_interval(
&(top->ru_start_hprof.ru_utime),&(ru_end.ru_utime))+get_us_interval(
&(top->ru_start_hprof.ru_stime),&(ru_end.ru_stime)))TSRMLS_CC
);}
top->ru_start_hprof是在hp_mode_hier_beginfn_cb()中通過getrusage()設置的。
ru_utime為user time，ru_stime為system time，兩者加起來就得到cpu time了。
五、xhprof_disable輸出數(shù)據(jù)中mu和pmu的實現(xiàn)
在END_PROFILING->hp_globals.mode_cb.end_fn_cb->hp_mode_hier_endfn_cb中：
if(hp_globals.xhprof_flags
&XHPROF_FLAGS_MEMORY){/* Get Memory usage */mu_end=zend_memory_usage(0
TSRMLS_CC);pmu_end=zend_memory_peak_usage(0
TSRMLS_CC);/* Bump Memory stats in the counts hashtable */hp_inc_count(counts,"mu",
mu_end-top->mu_start_hprof
TSRMLS_CC);hp_inc_count(counts,"pmu",
pmu_end-top->pmu_start_hprof
TSRMLS_CC);}
top->mu_start_hprof和top->pmu_start_hprof已在BEGIN_PROFILING->hp_globals.mode_cb.begin_fn_cb->hp_mode_hier_beginfn_cb中通過zend_memory_usage和zend_memory_peak_usage賦值。這兩個zend函數(shù)的實現(xiàn)：
ZEND_API
size_t
zend_memory_usage
(intreal_usageTSRMLS_DC){if(real_usage){returnAG(mm_heap)->real_size;
//PHP實際占用了的系統(tǒng)內(nèi)存
}else{size_tusage=AG(mm_heap)->size;
#if ZEND_MM_CACHE
usage-=AG(mm_heap)->cached;
#endif
returnusage;}
}
ZEND_API
size_t
zend_memory_peak_usage
(intreal_usageTSRMLS_DC){if(real_usage){returnAG(mm_heap)->real_peak;}else{returnAG(mm_heap)->peak;}
}
可見，這里獲取的mu和pmu是當前使用到的內(nèi)存，不包括已從系統(tǒng)申請的但未使用的。
六、由上面可發(fā)現(xiàn)各項統(tǒng)計信息是通過hp_inc_count進行疊加得到的。
XHPROF_MODE_SAMPLED模式分析
一、該模式不支持過濾掉不想被profile的函數(shù)
二、打點方式與XHPROF_MODE_HIERARCHICAL模式相同，不同點在于BEGIN_PROFILING調(diào)用的是hp_mode_sampled_beginfn_cb，END_PROFILING調(diào)用的是hp_mode_sampled_endfn_cb，而在這兩個函數(shù)中都只調(diào)用了hp_sample_check()，其代碼如下：
void
hp_sample_check
(hp_entry_t**entriesTSRMLS_DC){/* Validate input */if(!entries||!(*entries)){return;}/* See if its time to sample.
//While loop is to handle a single function ? * taking a long time and passing
several sampling intervals. */while(
(cycle_timer()-hp_globals.last_sample_tsc)>hp_globals.sampling_interval_tsc){
//如果當前時鐘周期數(shù) - 上一次的時鐘周期數(shù)
> 采樣的時鐘周期間隔則繼續(xù)采樣/* bump last_sample_tsc */hp_globals.last_sample_tsc
+=hp_globals.sampling_interval_tsc;
//將上一次的時鐘周期數(shù)加上采樣的時鐘周期數(shù)間隔/* bump last_sample_time -
HAS TO BE UPDATED BEFORE
calling hp_sample_stack */incr_us_interval(
&hp_globals.last_sample_time,
XHPROF_SAMPLING_INTERVAL);
//更新上一次的采樣時間點/* sample the stack */hp_sample_stack(entriesTSRMLS_CC);
//采樣數(shù)據(jù)
}return;
}
在hp_sample_stack()中就是往hp_globals.stats_count中添加：函數(shù)調(diào)用棧 => 采樣時間點。
在hp_begin->hp_init_profiler_state->hp_globals.mode_cb.init_cb->hp_mode_sampled_init_cb中做了一些初始化工作：
void
hp_mode_sampled_init_cb
(TSRMLS_D){structtimevalnow;uint64truncated_us;uint64truncated_tsc;doublecpu_freq
=hp_globals.cpu_frequencies[
hp_globals.cur_cpu_id];/* Init the last_sample in tsc */hp_globals.last_sample_tsc
=cycle_timer();
//初始化開始采樣的時鐘周期數(shù)
gettimeofday(
&hp_globals.last_sample_time
,0);
//初始化開始采樣的時間點
now=hp_globals.last_sample_time;
XHPROF_SAMPLING_INTERVAL的值為0.1秒
hp_trunc_time的作用是
將hp_globals.last_sample_time更新
為XHPROF_SAMPLING_INTERVAL的整數(shù)倍
hp_trunc_time(
&hp_globals.last_sample_time,
XHPROF_SAMPLING_INTERVAL);
truncated_us=get_us_interval(
&hp_globals.last_sample_time
,&now);
//被hp_trunc_time 截斷掉的時間
truncated_tsc=
get_tsc_from_us(
truncated_us,cpu_freq);
if(hp_globals.last_sample_tsc
>truncated_tsc){/* just to be safe while
subtracting unsigned ints */hp_globals.last_sample_tsc
-=truncated_tsc;
//為了使last_sample_tsc
和last_sample_time保持同步}對于hp_globals.last_sample_tsc
<= truncated_tsc的情況，
出現(xiàn)的可能性非常小，
即使真的出現(xiàn)了也只是漏了第一次采樣hp_globals.sampling_interval_tsc
=get_tsc_from_us(
XHPROF_SAMPLING_INTERVAL
,cpu_freq);
}
三、函數(shù)調(diào)用堆棧的實現(xiàn)
對于每一個hp_entry_t（即分析點），都會有一個prev_hprof屬性指向上一層的分析點，hp_get_function_stack(hp_entry_t *entry, int level, char *result_buf, size_t result_len)就是通過這個將函數(shù)調(diào)用堆棧的函數(shù)名串起來，在XHPROF_MODE_SAMPLED模式下level傳參是INT_MAX，也就是說盡可能的將整個函數(shù)調(diào)用棧的函數(shù)名串起來返回，而在XHPROF_MODE_HIERARCHICAL模式下level傳參是2，也就是說只取當前跟其上一級的函數(shù)名串起來返回，從兩種模式的輸出結(jié)果就可以看出來了。
總結(jié)
從以上分析，基本了解到了xhprof的整個實現(xiàn)，也更清楚的知道xhprof的性能分析數(shù)據(jù)的含義，即使是采用XHPROF_MODE_HIERARCHICAL模式，我們也知道xhprof只是在每個函數(shù)執(zhí)行前后進行打點和采樣，對性能的影響是很小的。
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