QQ浏览器性能提升之路-windows性能分析工具篇
作者：jackxpzhao
如果你要在Windows上面做性能相關(guān)的工作，那WPT一定是個必備的神器。WPT的全名是Windows Performance Toolkit，是Windows下用來進行性能分析的一套工具，它的功能非常強大，你可以使用它來監(jiān)控CPU，內(nèi)存，磁盤和網(wǎng)絡(luò)等等的活動，從而來確定當(dāng)前系統(tǒng)的性能瓶頸。
WPT由兩個獨立的工具組成： Windows Performance Recorder (WPR) and Windows Performance Analyzer (WPA)。顧名思義，WPR記錄Windows ETW產(chǎn)生的性能數(shù)據(jù)從而生成ETL文件，WPA則負責(zé)分析ETL文件。
安裝和說明
你可以通過下載安裝Windows ADK得到 Windows 性能工具包 (WPT) 。https://www.microsoft.com/zh-CN/download/details.aspx?id=39982
安裝后幾個比較重要的文件，默認(rèn)路徑在：C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Windows Performance Toolkit
wpa.exe — 解析ETL文件，并圖形化、表格化展示。
wpaexporter.exe — 導(dǎo)出ETL文件的解析結(jié)果成文本格式。
wpr.exe — 記錄ETW產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，命令行模式。
WPRUI.exe — 記錄ETW產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，圖形化界面，更友好。
xperf.exe — 早期版本W(wǎng)PT的核心組件Xperf，所以現(xiàn)在也習(xí)慣將WPT稱為XPerf。Xperf的功能類似于現(xiàn)在的wpr+wpaexporter，可以記錄ETW產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，也可以導(dǎo)出結(jié)果到文本。
xperfview — 早期版本W(wǎng)PT中的分析工具，功能和現(xiàn)在的wpa一樣，WPT從版本8以后已經(jīng)沒有這個exe了。在WinXP上只能使用舊版的Xperf，而且建議用對應(yīng)的xperfview打開分析。
工作原理
和其他的性能分析工具不同，WPT是由Windows本身的事件機制來提供支持的——Event Tracing for Windows (ETW)。
ETW是從Windows 2000開始就引入的一種高速的事件記錄機制，自那時以后，各種Windows操作系統(tǒng)核心和服務(wù)組件都通過ETW記錄其活動，它現(xiàn)在是Windows平臺上的關(guān)鍵系統(tǒng)儀表技術(shù)之一。在Windows 7中，ETW得到了進一步的增強。 正是基于ETW的優(yōu)秀性能和強大功能，越來越多的第三方應(yīng)用程序開始放棄自己的日志系統(tǒng)，逐漸開始使用ETW來追蹤和記錄其狀態(tài)和活動，從而進行性能調(diào)優(yōu)或是進行應(yīng)用程序的日常維護。
下圖來自MSDN，ETW的主要基本架構(gòu)分成4個部分：Provider，Controller，Consumer和Session。
Provider：所謂的Provider，就是事件的提供者，它可以是系統(tǒng)組件，驅(qū)動程序或者是我們開發(fā)的應(yīng)用程序, 我們在最后的記錄文件中看到的事件就是來自于他們。首先，它需要向系統(tǒng)進行注冊一個Event Trace，然后當(dāng)這個Provider被Controller啟動(Enable)后，它就可以開始向相應(yīng)的Event Trace Session發(fā)送事件了。
Controller：Controller就是一個控制器。它的主要任務(wù)有兩個：一是Event Trace Session的控制管理。它利用StartTracefunction在內(nèi)存中創(chuàng)建一個Event Trace session，這樣Provider就知道該往哪里發(fā)生事件。而Controller也會負責(zé)將Session里記錄的事件送到Consumer。Controller的第二個任務(wù)就是對Provider進行管理，啟動或是停止Provider。
Consumer：Consumer實時地從Event Trace Session或者是日志文件中訂閱事件。
Session：它存在于內(nèi)核中，用于表示一個ETW事件記錄會話。系統(tǒng)中可以存在多個Session，每個Session都可以接收來自于多個Provider的事件，最后我們可以將多個Session中的事件寫入一個日志文件中，這個日志文件就叫做Trace。
通過ETW，我們可以將系統(tǒng)所有關(guān)鍵的地方都加入事件，記錄其行為和堆棧，比如CPU執(zhí)行，線程切換和讀寫磁盤，這樣我們就可以利用這些信息來進行分析了。
更多的工作原理大家可以自行參考官方介紹。
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa363668(v=vs.85).aspx
如何開始
說這么多，究竟如何才能定位性能問題呢？
把大象放進冰箱需要三步：第一步，把冰箱門打開；第二步，把大象放進去；第三步把冰箱門帶上。我們只需要兩步：
1） 生成ETL文件
先啟動Xperf，這里只列了幾個常用的參數(shù)
xperf -start SessionName -on Flags|Groups -f filename -maxfile Size -filemode Mode -stackwalk flags|@file
-start [SessionName]：需要啟動的Session Name，只記錄kernel logging的話Name可以為空。
-on Flags|Groups：指定需要開啟的provider flags or groups，通過加號(+)分隔。
-f filename：指定寫入的文件名字，Kernel trace默認(rèn)是Kernel.etl, user trace默認(rèn)是User.etl。
-maxfile Size：限定日志文件的大小，單位MB。
-filemode Mode：指定文件寫入模式，默認(rèn)是”Sequential”，還有”Circular”, “Append”, “NewFile”。
-stackwalk flags|@file：開啟call stack的記錄。
然后停止Xperf并生成ETL文件。
xperf -stop -stop Usersesssion -d filename
第一個stop停止kernel logging的記錄，第二個stop停止名為Usersesssion的session，如果沒有user session直接xperf -stop -d filename即可。
2） 分析ETL文件
使用wpa打開ETL文件，或者通過Xperf、wpaexporter導(dǎo)成文本格式分析。
踩過的坑
Xperf的啟動、配置、解析有很多參數(shù)，不是很容易上手，這里說下幾個踩過的坑。
1） 版本問題：目前Xperf能下載到的版本有4.8 / 6.3 / 10.0，這幾個版本的兼容性并不是很好，生成ETL文件后，一定注意要用同版本的Xperf、WPA或是XperfView去分析，用不同版本的話會有一些奇怪的問題，例如打開報錯、看不到關(guān)鍵數(shù)據(jù)、閃退等等。
2） 如果你正在使用Process Monitor或Process Explorer，需要先關(guān)閉它們再啟動Xperf，否則會報錯，因為這兩個工具也會通過ETW收集信息。
3） Win XP只支持老版本的WPT，也就是用WPT版本6（XPerf Version 4.8）捕獲Trace。
4） Xperf的啟動參數(shù)很多，開的越多帶來的額外系統(tǒng)開銷也會越多，ETL文件也會越大。所以一定要按需配置，有針對性的開啟需要的providers。
- 5） 雖然我習(xí)慣了Xperf，但還是推薦大家優(yōu)先嘗試新版本里面的WPRUI，在易用性方面已經(jīng)改善了很多。關(guān)于各個Scenario的含義，可以參考微軟的官方文檔。（當(dāng)然他們寫的很簡略……）
https://msdn.microsoft.com/zh-CN/library/windows/hardware/dn927307.aspx
- 6） 針對Xperf配置麻煩的問題我也封裝了一個腳本，啟動參數(shù)包含一些經(jīng)常用到的providers，循環(huán)文件寫入模式，支持Win7 / Win10 / XP。碰到可以復(fù)現(xiàn)的性能問題時，雙擊對應(yīng)的bat腳本即可。也推薦同學(xué)們嘗試，可以在附件里面下載。
- 7） 如果開啟調(diào)用堆棧（call stacks）記錄功能，得先有對應(yīng)的providers flag，然后通過-stackwalk開啟堆棧調(diào)用記錄。下面這個例子記錄sampling profiler call stacks。
xperf -on PROC_THREAD+LOADER+PROFILE -stackwalk Profile
在64位的Windows開啟stackwalk的功能需要設(shè)置注冊表DisablePagingExecutive。
REG ADD “HKLM\System\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management” -v DisablePagingExecutive -d 0x1 -t REG_DWORD -f
設(shè)置完成后需要重啟操作系統(tǒng)才能記錄調(diào)用堆棧。
高CPU占用實戰(zhàn)
持續(xù)的高CPU占用是很常見的性能問題，為了方便重現(xiàn)，我們先借助小工具CPUSTRES.EXE模擬High CPU usage。軟件打開后active所有的thread，并設(shè)置下activity為Max即可。
通過Process Explorer可以看到系統(tǒng)的CPU占用已經(jīng)達到50%左右，大部分都是CPUSTRES造成的。
1. 生成ETL文件
現(xiàn)在我們先通過上文中提到的腳本捕獲一個有效的ETL文件。
雙擊“Win7_開始監(jiān)控.bat”，出現(xiàn)提示字樣開始等待，因為這是CPU持續(xù)占用問題，特征很明顯，等待幾秒鐘后Xperf就應(yīng)該收集到了足夠多的信息。
在命令行窗口回車，腳本會自動生成ETL文件并壓縮。
如果你想手動啟停Xperf的話，可以在命令行輸入：
xperf.exe -start -on Base -stackwalk Profile
已知是CPU占用問題，不要開啟其他providers，其中Base provider本身是一個kernel group，包含：PROC_THREAD+LOADER+DISK_IO+HARD_FAULTS+PROFILE+MEMINFO+MEMINFO_WS
片刻后命令行停止即可：
xperf -stop –d test.etl
你也可以通過WPR或是WPRUI來捕獲這個ETL文件。（自己動手試試吧……）
2. 分析這個ETL文件
打開之后我們會發(fā)現(xiàn)WPA的左側(cè)有很多的圖，并且他們被分為幾類：
System Activity：系統(tǒng)活動，里面主要是進程線程的生命周期，原始事件等等內(nèi)容。
Computation：記錄了CPU的各項活動。
Storage：記錄了磁盤的活動和文件的操作。
Memory：記錄了系統(tǒng)內(nèi)存的變化。
Power：記錄了電源相關(guān)的各種信息。
展開Computation視圖后，可以看到CPUSTRES.EXE的CPU Weight百分比和Process Explorer看到的一致，50%左右。
Symbols
沒有符號文件的話，分析Xperf trace基本是找不到太多有用的信息的。
- 打開WPA的Configure Symbol Paths窗口
2.Symbol Path:
srv*C:\Symols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols;Y:\;
http://msdl.microsoft.com/download/symbols是微軟官方的symbol server，在load symbols后，WPA會把用到過的symbols文件下載到C:\Symbols，這樣用到過的symbols文件只會下載一次。Path通過分號(;)隔開，對于用戶自己的應(yīng)用程序，需要在path里面加上對應(yīng)版本的符號文件路徑。3.SymCache Path
WPA用SymCache文件來緩存PDB的符號信息，一旦ETL文件相關(guān)的PDB文件被緩存過，對這個文件重新加載符號文件會快很多。
Loading Symbols之后，可以看到微軟自己的function stack都解析出來了，因為沒有CPUSTRES.EXE的符號文件，我們看不到具體的調(diào)用棧，以及是哪個函數(shù)造成的如此高的CPU占用。
如果這是你自己的應(yīng)用程序，通過加載符號文件后相信能夠很容易從代碼級別定位到問題所在。當(dāng)然Xperf的trace并不是萬能的，要想快速從眾多的圖表中找到關(guān)鍵信息，首先你得對要分析的性能問題有個基本的判斷，是CPU問題、內(nèi)存問題、啟動時間過長還是啟動失敗等等。有了發(fā)力的點才能從ETL文件中定位出有效的信息，我們也可以結(jié)合Xperf或wpaexporter導(dǎo)出的文本數(shù)據(jù)做更多自動化方面的事情。
本章完~
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的QQ浏览器性能提升之路-windows性能分析工具篇的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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