性能优化利器：揭秘 Go 语言的 go tool trace 分析工具

简介

​go tool trace 是 Go 语言提供的一个强大的性能分析工具，它能够对程序运行时的行为进行可视化追踪，帮助开发者深入分析和诊断 GC（垃圾回收）、Goroutine 调度、系统调用阻塞等问题。

使用方法

首先，创建一个简单的 Go 程序 main.go 来生成 trace 文件：

package main

import (
	"os"
	"runtime/trace"
)

func main() {
	f, _ := os.Create("trace.out")

	trace.Start(f)
	defer trace.Stop()

	for i := 0; i < 10000; i++ {
		_ = make([]byte, 1<<20)
	}
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

运行此程序，使用命令 go run main.go，将生成一个 trace.out 文件。随后，通过命令 go tool trace trace.out 启动追踪文件的可视化分析。

功能概览

go tool trace 提供了多种视图以帮助分析程序性能，包括：

• View trace：基础时间线视图，展示程序执行的各个阶段。
• Goroutine analysis：Goroutine 分析，查看程序中的 Goroutine 分布和状态。
• Network blocking profile：网络阻塞概况，分析网络操作对性能的影响。
• Synchronization blocking profile：同步阻塞概况，分析同步操作导致的阻塞。
• Syscall blocking profile：系统调用阻塞概况，分析系统调用对性能的影响。
• Scheduler latency profile：调度延迟概况，分析调度器的性能。
• User defined tasks & regions：用户自定义任务和区域，为特定的代码段添加标记。
• Minimum mutator utilization：最低 Mutator 利用率。

查看 View trace

上图看着密密麻麻的，点击右上角 ？可以查看使用导航

点击键盘 w 进行放大后如下图

视图详解

View trace 视图提供了一个宏观的视角，显示了程序执行的时间线、内存分配、Goroutine 状态、OS 线程和虚拟处理器 P 的活动情况。

1. 时间线：展示执行的时间单元，可以调整时间区间以查看不同粒度的信息。
2. 堆：显示内存的分配和释放情况。
3. 协程：展示不同状态下的 Goroutine 数量，包括 GC 等待、可运行和运行中状态。
4. OS 线程：展示线程的活动状态，包括 Syscall 和运行中状态。
5. 虚拟处理器 P：显示虚拟处理器的活动，通常数量与系统内核数一致。
6. 协程和事件：展示每个虚拟处理器上的 Goroutine 活动和事件关联。

通过点击 flow events，可以查看事件的详细流，这有助于理解程序执行的具体流程。

点击特定的 Goroutine，可以查看其详细信息

字段解释：

• Start：开始时间。
• Wall Duration：持续时间。
• Self Time：自身执行时间。
• Start Stack Trace & End Stack Trace：开始和结束时的堆栈信息。
• Incoming & Outgoing flow：输入和输出流。
• Preceding & Following events：前序和后继事件。
• All connected：所有相关联的事件。

深入分析系统耗时：Scheduler Latency Profile

​ 通过访问 Scheduler Latency Profile，开发者可以洞察系统的调度延迟情况。该页面提供了一个图形化界面，直观地展示了系统在不同时间段的调度效率。

系统调用耗时分析：Syscall Blocking Profile

​ 进一步地，通过查看 [Syscall Blocking Profile]，开发者能够识别出系统调用过程中的潜在阻塞点。这对于优化系统性能和排查问题至关重要。

在线环境监控实践

​ 在生产环境中，我们推荐使用 net/http/pprof 包来实现监控。此包自动注册了多个监控路由，使得性能分析变得简单快捷。

​ 示例代码

package main

import (
	"fmt"
	"net/http"
	_ "net/http/pprof"
)

func index(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	for n := 1; n < 100000; n++ {
		_ = make([]byte, 1<<20)
	}

	fmt.Fprintln(w, "Hello World")
}

func main() {
	http.HandleFunc("/", index)
	http.ListenAndServe(":8082", nil)
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

​ 注册路由：

func init() {
	http.HandleFunc("/debug/pprof/", Index)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/cmdline", Cmdline)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/profile", Profile)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/symbol", Symbol)
	http.HandleFunc("/debug/pprof/trace", Trace)
}
1
2
3
4
5
6
7

通过以下命令，开发者可以对线上服务进行实时监控：

• 使用 curl 获取追踪数据：

  curl http://127.0.0.1:8082/debug/pprof/trace?seconds=20 > trace.out
  1

  其中 seconds=20 指定了监控的持续时间。

• 使用 go tool trace 分析追踪文件：

  go tool trace trace.out
  1

参考资源

1. 深入理解 Go 语言的跟踪剖析工具

结语

go tool trace 是 Go 开发者进行性能分析的得力助手。通过上述介绍，我们可以看到它如何帮助我们从不同角度审视程序的运行情况，从而优化性能和解决潜在问题。掌握这一工具，将使你在 Go 语言的性能调优之路上更加得心应手。