筆記－使用VS2013解開.NET程式CPU衝高謎團

前幾天，幫同事追查 .NET 程式 CPU 衝高問題，才發現 Visual Studio 2013 效能分析工具真是威力強大，特筆記備忘順便分享。原本想拿實務案例說明，但考量太多無關細節會失焦，所以我弄了一個簡單程式當靶機練習射擊：

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Security.Cryptography;

using System.Text;

namespace CPUSharMon

publicclass CPUHeater

publicenum JobTypes {

            Light, Medium, High, Crazy

staticvoid RunSHA()

            Guid g = Guid.NewGuid();

            SHA512 sha512 = new SHA512CryptoServiceProvider();

            sha512.ComputeHash(g.ToByteArray());

static Tuple<string, string> GenDESKey()

string rndStr = Guid.NewGuid().ToString();

returnnew Tuple<string, string>(

                rndStr.Substring(0, 8), rndStr.Substring(8, 8));

staticbyte[] Encrypt(DESCryptoServiceProvider des, byte[] data)

            var desencrypt = des.CreateEncryptor();

return desencrypt.TransformFinalBlock(data, 0, data.Length);

staticvoid RunDES()

            var keyIv = GenDESKey();

            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();

            des.Key = Encoding.ASCII.GetBytes(keyIv.Item1);

            des.IV = Encoding.ASCII.GetBytes(keyIv.Item2);

            var data = newbyte[4096];

            var enc = Encrypt(des, data);

staticvoid RunCrazyLoop()

for (var i = 0; i < 10000; i++)

                Guid.NewGuid();

publicstaticvoid RunJob(JobTypes type, int times)

int j = 0;

for (int i = 0; i < times; i++)

switch (type)

case JobTypes.Light:

                        Random rnd = new Random();

                        j = i + rnd.Next(i);

break;

case JobTypes.Medium:

                        RunSHA();

break;

case JobTypes.High:

                        RunDES();

break;

case JobTypes.Crazy:

                        RunCrazyLoop();

break;

publicstaticvoid RunComplexJob()

            RunJob(JobTypes.High, 80000);

            RunJob(JobTypes.Light, 120000);

            RunJob(JobTypes.Crazy, 6000);

            RunJob(JobTypes.Medium, 30000);

我寫了一個 Console Application 程式，核心邏輯放在 CPUHeater 類別，RunJob() 方法提供四種粗重程度不一（但毫無營養）的工作：亂數加計算、SHA512 雜湊計算、DES 加密，以及狂跑迴圈生 GUID。（所以程式名稱叫 CPUSharMon ，「瞎忙」無誤）最後，另外宣告 RunComplexJob() 循序執行四種工作。

在八核 i7 執行，耗時約 20 秒，CPU 最高衝到 13％，等於把單核吃到 100％。接著我們就來用 VS2013 找出誰是把 CPU 衝高的兇手。

從選單列 ANALYZE/Performance and Diagnostics 開啟精靈：

選取分析對象：

有四個分析選項：CPU 取樣、Instrumentation（指令執行次數及耗時）、記憶體配置及執行緒等待狀況，這次的案例鎖定 CPU，故選第一個：

選取專案：（亦支援EXE程式及ASP.NET/JavaScript程式）

按下完成，VS2013 便啟動 CPUSharMon 程式並開始蒐集數據：

程式執行完會自動產出報告，但也可在觀察到特定 CPU 暴衝後手動停止。資料處理需要一點時間，接著檢測報告就出爐了：

先說明 Sample Profiling 偵測效能瓶頸原理：觀測程式每隔固定週期中斷 CPU，取回 Callstack 資料，藉此掌握程式當行執行的段並進行統計。由於取樣間隔固定，若每次取樣時常停在特定函式上，便可推斷大部分的 CPU 時間都耗在該函式，一般就是耗用 CPU 較多的運算來源。

我們的展示程式很單純，從彙總報告就能一眼看出效能瓶頸，Hot Path 列出了RunDES() 及 RunCrazyLoop() 出現在總取樣次數的比例最高，分別為 52.73％及 41.09％，可想成整個執行期間有一半花在 RunDES，近一半花在 RunCrazyLoop。而下方則列出在取樣記錄出現次數最多的個別函式，由 RunCrzayLoop 中的 Guid.NewGuid 及 RunDES 中的加密程序分獲冠亞軍。

報告是互動式，點選函式名稱可以進一步剖析追查兇手，例如點選 HotPath 的第二項 RunComplexJob()：