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听诊器是一种简单工具，却给医生的工作带来了革命：它让内科医生能有效地监控病人的身体。性能监视工具（profiler）对程序起着同样的作用。
你现在用什么工具来研究程序？复杂的分析系统很多，既有交互式调试器，又有程序动画系统。正如CT扫描仪永远代替不了听诊器一样，复杂的软件也永远代替不了程序员用来监控程序的最简单工具——性能监视工具，我们用它了解程序各部分的执行频率。
本文先用两种性能监视工具来加速一个小程序（记住真正的目的是说明性能监视工具）。后续各节简要介绍性能监视工具的各种用途、非过程语言的性能监视工具，以及开发性能监视工具的技术。
1计算素数
程序P1是个ANSI标准C程序，依次打印所有小于1000的素数。
程序P1
intprime(intn)\n{inti;\n999for(i=2;i<n;i++)\n78022if(n%i==0)\n831return0;\n168return1;\n}\nmain()\n{inti,n；\n1n=1000；\n1for(i=2;i<=n;i++)\n999if(prime(i))\n168printf(&34;,i);\n}
如果整型参数n是素数，上述prime函数返回1（真），否则返回0。这个函数检验2到n-1之间的所有整数，看其是否整除n。上述main过程用prime子程序来依次检查整数2～1000，发现素数就打印出来。
我像写任何一个C程序那样写好程序P1，然后在性能监视选项下进行编译。在程序运行之后，只要一个简单的命令就生成了前面所示的列表。（我稍微改变了一些输出的格式。）每行左侧的数由性能监视工具生成，用于说明相应的行执行了多少次。例如，main函数调用了1次，其中测试了999个整数，找出了168个素数。函数prime被调用了999次，其中168次返回1，另外831次返回0（快速验证：168+831=999）。prime函数共测试了78022个可能的因子，或者说为了确定素数性，对每个整数检查了大约78个因子。
程序P1是正确的，但是很慢。在VAX-11/750上，计算出小于1000的所有素数约需几秒钟，但计算出小于10000的所有素数却需要3分钟。对这些计算的性能监视表明，大多数时间花在了测试因子上。因而下一个程序只对n考虑不超过\\sqrtn的可能的整数因子。整型函数root先把整型参数转换成浮点型，然后调用库函数sqrt，最后再把浮点型结果转换回整型。程序P2包含两个旧函数和这个新函数root。
程序P2
introot(intn)\n5456{return(int)sqrt((float)n);}\n\nintprime(intn)\n{inti;\n999for(i=2;i<=root(n);i++)\n5288if(n%i==0)\n831return0;\n168return1;\n}\n\nmain()\n{inti,n;\n1n=1000;\n1for(i=2;i<=n;i++)\n999if(prime(i))\n168printf(&34;,i);\n}
修改显然是有效的：程序P2的行计数显示，只测试了5288个因子（程序P1的1/14），总共调用了5456次root（测试了5288次整除性，168次由于i超出了root(n)而终止循环）。不过，虽然计数大大减少了，但是程序P2运行了5.8秒，而程序P1只运行了2.4秒（本节末尾的表中含有运行时间的更多细节）。这说明什么呢？
迄今为止，我们只看到了行计数（line-count）性能监视。过程时间（procedure-time）性能监视给出了较少的控制流细节，但更多地揭示了CPU时间：
%timecumsecs34;%d\\n&39;\\012'|\ntrA-Za-z|\nsort|\nuniq-c|\nsort-r–n|\nsed25q
当用这个管道在一本大约6万字的书中寻找25个最常见的单词时，我们监视这个管道的性能。输出的前6行是：
3463the\n1855a\n1556of\n1374to\n1166in\n1104and\n…
下面是对VAX-11/750上计算的“管道性能监视”：
lineswordscharstimes\n107175970134223314.4u2.3s18rtr-csA-Za-z\\012\n576525765130489411.9u2.2s15rtrA-Za-z\n5765257651304894104.9u7.5s123rsort\n576525765130489424.5u1.6s27runiq–c\n473194616183027.0u1.6s31rsort-rn\n47319461618300.0u0.2s0rsed25q\n2550209
左边几列说明每个阶段的数据：行数、单词数、字符数。右边部分描述了数据阶段之间的过滤程序：用秒表示的用户时间、系统时间以及真实时间，后面是命令本身。
这个性能监视结果给出了程序员感兴趣的许多信息。这个管道是快速的，处理150页的书只需3.5分钟。第一次排序花了这个管道57%的运行时间，这种经过仔细调优的实用程序很难再提速了。第二次排序只花了这个管道14%的时间，但是还有调优的余地。这个性能监视结果还发现了管道中隐藏的一处小错误。UNIX高手们会乐于找出引入空行的地方。
这个性能监视结果也透露了文件中单词的信息：共有57651个单词，但只有4731个不同的单词。在第一个翻译程序之后，每个单词有4.3个字母。输出表明，最常见的单词是“the”，占了文件的6%。6个最常见的单词占了文件的18%。对英语中最常见的100个单词做专门处理也许还能提高速度。试试看从这些计数中找出其他有趣的表面规律。
跟许多UNIX用户一样，我过去也用手工监视管道的性能，利用单词计数（wc）命令来统计文件，用time命令来统计进程。“管道性能监视工具”让这个任务自动化了。用管道和一些输入文件的名称作为输入，产生性能监视结果作为输出。2个小时和50行代码就足以建立这个性能监视工具。下一节详细阐述这个话题。
4开发性能监视工具
开发一个真正的性能监视工具是件困难的事情。PeterWeinberger开发了C行计数性能监视工具，我们前面看到的输出就是这个工具产生的。他在几个月时间内断断续续干了好几周才完成这个项目。本节描述如何更容易地开发一个简化版本。
DickSites声称他的朋友“在某个周末实现了语句计数”。我觉得这简直难以置信，于是我决定要试着为附录A描述的Awk语言（这种语言还没有性能监视工具）开发一个性能监视工具。几小时后，当我运行程序P6的Awk版本时，我的性能监视工具生成了如下输出。
程序P6及性能监视工具生成的输出
BEGIN{<<<1>>>\nn=1000\nx[0]=2;xc=1\nprint2\nfor(i=3;i<=n;i++){<<<998>>>\nif(prime(i)){<<<167>>>\nprinti\n}\n}\nexit\n}\nfunctionprime(n,i){<<<998>>>\nfor(i=0;x[i]*x[i]<=n;i++){<<<2801>>>\nif(n%x[i]==0){<<<831>>>\nreturn0\n}\n}\n{<<<167>>>}\nx[xc++]=n\nreturn1\n}
在左花括号后尖括号内的数显示该语句块被执行了多少次。幸运的是，这些计数与C行计数器产生的计数一样。
我的性能监视工具包含两个5行的Awk程序。第一个程序读Awk源程序并且写一个新程序，其中在每个语句块开始的地方给不同的计数器加1；而在执行结束时，一个新的END动作（见附录A）把所有计数写入一个文件。当这样得出的程序运行时，就生成一个计数文件。第二个程序读出这些计数，把这些计数合并到源文本中。带性能监视的程序大约比原来的程序慢25%，而且并不是所有的Awk程序都能正确处理——为了监视几个程序的性能，我不得不做出整行（one-line）的修改。但对于所有这些缺点来说，搭起一个能运行的性能监视工具，花几小时并不算什么大投入。
人们实现过一些快速性能监视工具，但鲜见报道。下面举几个例子。
在1983年8月的BYTE杂志上，Leas和Wintz描述了一个性能监视工具，用一个20行的6800汇编语言程序来实现。
贝尔实验室的HowardTrickey在一小时内用Lisp实现了函数计数，办法是修改defun，在进入每个函数时给计数器加1。
1978年，RobPike用20行Fortran程序实现了一个时间性能监视工具。在CALLPROFIL(10)之后，后续的CPU时间被计入计数器10。
在这些系统和许多其他系统上，在一晚上写出一个性能监视工具是可能的。在你第一次使用所得到的性能监视工具时，这个工具轻易就能节省超过一个晚上的工作量。
5原理
本文只浮光掠影地介绍了性能监视。我介绍了最基础的内容，忽略了搜集数据的其他方式（比如硬件监视器）和其他显示方式（比如动画系统）。本文所要传达的信息同样是基本的。
使用性能监视工具。让本月成为性能监视工具月。请在随后几周内至少监视一个程序片段的性能，并且鼓励你的伙伴们也这样做。记住，当一个程序员屈尊来帮助一个小程序时，并不总是高瞻远瞩的。开发性能监视工具。如果你还没有方便的性能监视工具，就自造一个吧。大多数系统都提供基本的性能监视操作。20世纪60年代不得不观察控制台灯光来获得信息的程序员，现在可从个人工作站的图形窗口获得同样的信息。一个小程序通常足以把系统的命令特性包装成方便的工具。
本文节选自《编程珠玑（续）（修订版）》
内容简介
本书是计算机科学方面的经典名著《编程珠玑》的姊妹篇，讲述了对于程序员有共性的知识。本书延续了《编程珠玑》的特色，通过一些精心设计的有趣而又颇具指导意义的程序，对实用程序设计技巧及基本设计原则进行透彻而睿智的描述，为复杂的编程问题提供清晰而完备的解决思路。书中涵盖了程序员操纵程序的技术、程序员取舍的技巧、输入和输出设计以及算法示例，这些内容结合成一个有机的整体，如一串串珠玑展示给程序员。本书对各个层次的程序员都具有很高的阅读价值。
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