perf、vtune、Sanitizerによるプロファイリング

性能についての直感は、たいてい間違っています。実際のボトルネックを見つけるためにプロファイリングを行い、その後で最適化します。

perfはLinuxに付属する、オーバーヘッドの小さいサンプリングプロファイラーです。デバッグ情報付きでビルドした任意のバイナリーに対して実行できます。

1回の実行について、サイクル数、命令数、キャッシュミス、分岐予測ミスなどの概要メトリクスを出力します。

perfのデータを、時間がどこで消費されているかを示すフレームグラフに変換します。

AppleのInstrumentsは、時間プロファイリング、確保、リークなどの機能を提供します。Xcodeに無料で付属しています。

Intel VTune（個人利用は無料）は、パイプライン停止、キャッシュミス、ホットブロックなど、詳細なマイクロアーキテクチャー分析を提供します。クロスプラットフォームで利用できます。

サニタイザーはclangとgccに組み込まれた実行時チェッカーです。適切なフラグを付けて再コンパイルします。

• -fsanitize=address — メモリーバグ用のAddressSanitizer
• -fsanitize=thread — データ競合用のThreadSanitizer
• -fsanitize=undefined — 符号付き整数のオーバーフローなどを検出するUB Sanitizer
• -fsanitize=memory — 初期化されていない読み取り用のMSan

スタックトレース付きで、バッファーオーバーフロー、解放後の使用、二重解放を検出します。

静的解析（clang-tidy、cppcheck）は、実行せずにバグを検出します。サニタイザーは実行時のバグを検出します。両方を使ってください。それぞれ異なる問題を検出できます。

ヒープ確保は低速です。perf、Valgrindのmassif、またはHeaptrackを使って、確保が集中している箇所を見つけ、数を減らします。

プロファイルで上位にある関数に注目します。次に呼び出しツリーを調べて、状況を理解します。数パーセント程度の差は、通常、最適化する価値がありません。

本番環境では、PyroscopeやPixieなどのサンプルベースのプロファイラーが、オーバーヘッドを抑えながら継続的にデータを収集します。ユーザーに影響が出る前に性能劣化を検出できます。

最適化のサイクルは次のとおりです。

1. 測定してボトルネックを特定する
2. 仮説を立てる
3. 1つだけ変更する
4. もう一度測定する

測定しなければ、推測にすぎません。

perf（Linux）、Instruments（macOS）、またはVTune（クロスプラットフォーム）でプロファイリングし、ボトルネックを見つけます。サニタイザーを使って、メモリーやスレッドに関するバグを早期に検出します。測定し、仮説を立て、変更し、もう一度測定します。