深入了解xhprof性能分析工具

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前言

这篇文章不是教你如何安装使用xhprof进行性能分析。如果想了解如何安装使用xhprof，网络上文章很多。
这篇文章主要介绍使用xhprof时的一些常见问题，和xhprof是如何实现性能分析的。

常见问题

多次调用xhprof_enable方法，最后生效的配置是哪个？
当你在一次请求中多次调用xhprof_enable方法，只有第一次调用时进行的设置能生效。在调用xhprof_disable()后，你又可以使用xhprof_enable方法进行设置。

<?php
$i = 0;
function good(){
    global $i;
    $i++;
    if ($i < 2) {
        good();
    }
}
function func() {
    good();
}
$start_time = microtime(true);
xhprof_enable(XHPROF_FLAGS_NO_BUILTINS);
xhprof_enable(XHPROF_FLAGS_MEMORY + XHPROF_FLAGS_CPU + XHPROF_FLAGS_NO_BUILTINS);
for ($i = 0; $i < 100; $i++) {
    func();
}
good();
$rst = xhprof_disable();
var_dump($rst);
?>

输出内容为：

<?php
array(5) {
  ["good==>good@1"]=>
  array(2) {
    ["ct"]=>
    int(1)
    ["wt"]=>
    int(70)
  }
  ["func==>good"]=>
  array(2) {
    ["ct"]=>
    int(50)
    ["wt"]=>
    int(121)
  }
  ["main()==>func"]=>
  array(2) {
    ["ct"]=>
    int(50)
    ["wt"]=>
    int(135)
  }
  ["main()==>good"]=>
  array(2) {
    ["ct"]=>
    int(1)
    ["wt"]=>
    int(0)
  }
  ["main()"]=>
  array(2) {
    ["ct"]=>
    int(1)
    ["wt"]=>
    int(237)
  }
}
?>

可见，打印的内容，并没有cpu和memory的信息。

输出内容中的ct，wt，cpu，mu, pmu 都代表什么意思
ct 表示调用的次数
wt 表示函数方法执行的时间耗时。相当于，在调用前记录一个时间，函数方法调用完毕后，计算时间差。
cpu 表示函数方法执行消耗的cpu时间。和wt的差别在于，当进程让出cpu使用权后，将不再计算cpu时间。通过调用系统调用getrusage获取进程的占用cpu数据。
mu 表示函数方法所使用的内存。相当于，在调用前记录一个内存占用，函数方法调用完毕后，计算内存差。调用的是zend_memory_usage获取内存占用情况。
pmu 表示函数方法所使用的内存峰值。调用的是zend_memory_peak_usage获取内存情况。

输出内容中good==>good@1 是什么意思
==>表示一个调用关系。由于带@，说明是一个递归调用。@后面的数字是递归调用的深度。

如何设置xhprof_enable的参数，减少性能消耗
xhprof_enable提供了三个常量，用于设置你是否需要统计PHP内置函数，都统计那些指标。
三个常量如下：

XHPROF_FLAGS_NO_BUILTINS
设置这个常量后，将不统计PHP内置函数。毕竟PHP的内置函数性能一般都不错。没必要再消耗性能去统计。所以，建议设置。

XHPROF_FLAGS_CPU
设置这个常量后，会统计进程占用CPU时间。由于CPU时间是通过调用系统调用getrusage获取，导致性能比较差。开启这个选项后，大概性能下降一半。因此，如果对cpu耗时不是特别敏感的情况下，建议不要启用这个选项。

XHPROF_FLAGS_MEMORY
设置这个常量后，将会统计内存占用情况。由于获取内存情况，使用的是zend_memory_usage和zend_memory_peak_usage，并不是系统调用。因此，对性能影响不大。如果需要对内存使用情况进行分析的情况下，可以开启。

性能分析原理

如何实现对各个函数方法性能数据记录
目前xhprof会对，加载PHP文件，执行PHP函数方法，和执行eval方法进行性能数据记录。正好，这些在PHP内核中，有对应的函数进行处理。当你调用xhprof_enable方法时，会把默认的方法替换为xhprof的方法。来看看相关代码吧。

static void hp_begin(long level, long xhprof_flags)
{
    if (!hp_globals.enabled)
    {
        int hp_profile_flag = 1;

        hp_globals.enabled = 1;
        hp_globals.xhprof_flags = (uint32) xhprof_flags;

         /* Replace zend_compile with our proxy */
                 /* 处理加载PHP文件 */
                 /* 先把zend引擎默认处理方法保存到_zend_compile_file变量中。*/
        _zend_compile_file = zend_compile_file;
                /* 在把xhprof相对应的方法赋值给zend_compile_file。
                   这样，每次加载PHP文件时，就会执行xhprof相应的方法。*/
        zend_compile_file  = hp_compile_file;

        /* Replace zend_compile_string with our proxy */
                /* 处理eval代码的执行 */
        _zend_compile_string = zend_compile_string;
        zend_compile_string  = hp_compile_string;

        /*init the execute pointer*/
                /* 处理 函数方法的执行 */
        _zend_execute_ex = zend_execute_ex;
        zend_execute_ex  = hp_execute_ex;
              .........
    }
}

/*那我们看下，hp_compile_file方法，又是如何实现的*/
ZEND_DLEXPORT zend_op_array* hp_compile_file(zend_file_handle *file_handle, int type)
{
    const char *filename;
    char *func;
    int len;
    zend_op_array *ret;
    int hp_profile_flag = 1;

    filename = hp_get_base_filename(file_handle->filename);
    len = sizeof("load") - 1 + strlen(filename) + 3;
    func = (char *) emalloc(len);
    snprintf(func, len, "load::%s", filename);

        //方法执行前记录当前各项性能如数，如cpu 内存等
    BEGIN_PROFILING(&hp_globals.entries, func, hp_profile_flag);
        //开始zend引擎相应的方法，加载文件
    ret = _zend_compile_file(file_handle, type);
    if (hp_globals.entries)
    {
                //加载文件完毕后，再次记录当前各项性能数据。以便以后计算差值。
        END_PROFILING(&hp_globals.entries, hp_profile_flag);
    }

    efree(func);
    return ret;
}

xhprof在实现的时候，性能方面做了哪些优化?
获取时间时，为了性能，使用了汇编来获取时间戳计数器。时间秒 = 时间戳计数器值 / CPU主频。
正是这种实现，导致目前xhprof还只适用于x86架构。此外，因为RDTSC的数据不能在CPU间同步，所以，xhprof会将进程绑定在单个CPU上。
如果SpeedStep技术是打开的，XHProf的基于RDTSC定时器的功能就不能正常工作了。这项技术在某些英特尔处理器上是可用的。[注：苹果台式机和笔记本电脑一般都将SpeedStep技术预设开启。使用XHProf，您需要禁用SpeedStep技术。 ]

inline uint64 cycle_timer()
{
    uint32 __a, __d;
    uint64 val;
    asm volatile("rdtsc" : "=a" (__a), "=d" (__d));
    (val) = ((uint64) __a)  (((uint64) __d) << 32);
    return val;
}