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[mono.git] / mono / profiler / log-profiler.txt
1 # The Mono log profiler
2
3 The Mono *log* profiler can be used to collect a lot of information about
4 a program running in the Mono runtime. This data can be used (both while the process
5 is running and later) to do analyses of the program behaviour, determine
6 resource usage, performance issues or even look for particular execution patterns.
7
8 This is accomplished by logging the events provided by the Mono runtime through the
9 profiling interface and periodically writing them to a file which can be later
10 inspected with the command line *mprof-report* program or with a GUI (not developed yet).
11
12 The events collected include (among others):
13
14 * method enter and leave
15 * object allocation
16 * garbage collection
17 * JIT compilation
18 * metadata loading
19 * lock contention
20 * exceptions
21
22 In addition, the profiler can periodically collect info about all the objects
23 present in the heap at the end of a garbage collection (this is called heap shot
24 and currently implemented only for the sgen garbage collector).
25
26 ## Basic profiler usage
27
28 The simpler way to use the profiler is the following:
29
30 `mono --profile=log program.exe`
31
32 At the end of the execution the file *output.mlpd* will be found in the current
33 directory. A summary report of the data can be printed by running:
34
35 `mprof-report output.mlpd`
36
37 With this invocation a huge amount of data is collected about the program execution
38 and collecting and saving this data can significantly slow down program execution.
39 If saving the profiling data is not needed, a report can be generated directly with:
40
41 `mono --profile=log:report program.exe`
42
43 If the information about allocations is not of interest, it can be excluded:
44
45 `mono --profile=log:noalloc program.exe`
46
47 On the other hand, if method call timing is not important, while allocations are,
48 the needed info can be gathered with:
49
50 `mono --profile=log:nocalls program.exe`
51
52 You will still be able to inspect information about the sequence of calls that lead
53 to each allocation because at each object allocation a stack trace is collected as well.
54
55 To periodically collect heap shots (and exclude method and allocation events) use the
56 following options (making sure you run with the sgen garbage collector):
57
58 `mono --gc=sgen --profile=log:heapshot program.exe`
59
60 ## Profiler option documentation
61
62 By default the *log* profiler will gather all the events provided by the Mono runtime
63 and write them to a file named *output.mlpd*. When no option is specified, it
64 is equivalent to using:
65
66 `--profile=log:calls,alloc,output=output.mlpd,maxframes=8,calldepth=100`
67
68 The following options can be used to modify this default behaviour. Each option
69 is separated from the next by a `,` character, with no spaces and all the options
70 are included after the *log:* profile module specifier.
71
72 * *help*: display concise help info about each available option
73
74 * *[no]alloc*: *noalloc* disables collecting object allocation info, *alloc* enables
75 it if it was disabled by another option like *heapshot*.
76
77 * *[no]calls*: *nocalls* disables collecting method enter and leave events. When this
78 option is used at each object allocation and at some other events (like lock contentions
79 and exception throws) a stack trace is collected by default. See the *maxframes* option to
80 control this behaviour. *calls* enables method enter/leave events if they were disabled
81 by another option like *heapshot*.
82
83 * *heapshot*: collect heap shot data at each major collection. The frequency of the
84 heap shots can be changed with the *hsmode* option below. When this option is used
85 allocation events and method enter/leave events are not recorded by default: if they
86 are needed, they need to be enabled explicitly.
87
88 * *hsmode=MODE*: modify the default heap shot frequency according to MODE.
89 hsmode can be used multiple times with different modes: in that case a heap shot is
90 taken if either of the conditions are met.
91 MODE can be one of:
92         * *NUM*ms: perform a heap shot if at least *NUM* milliseconds passed since
93         the last one.
94         * *NUM*gc: perform a heap shot every *NUM* garbage collections (either
95         minor or major).
96
97
98 * *time=TIMER*: use the TIMER timestamp mode. TIMER can have the following values:
99         * *fast*: a usually faster but possibly more inaccurate timer
100
101 * *maxframes=NUM*: when a stack trace needs to be performed, collect *NUM* frames
102 at the most. The default is 8.
103
104 * *calldepth=NUM*: ignore method enter/leave events when the call chain depth is
105 bigger than NUM.
106
107 * *zip*: automatically compress the output data in gzip format.
108
109 * *output=OUTSPEC*: instead of writing the profiling data to the output.mlpd file,
110 substitute *%p* in *OUTSPEC* with the current process id and *%t* with the current
111 date and time, then do according to *OUTSPEC*:
112         * if *OUTSPEC* begins with a *|* character, execute the rest as a program
113         and feed the data to its standard input
114         * if *OUTSPEC* begins with a *-* character, use the rest of OUTSPEC as
115         the filename, but force overwrite any existing file by that name
116         * otherwise write the data the the named file: note that is a file by that
117         name already exists, a warning is issued and profiling is disabled.
118
119 * *report*: the profiling data is sent to mprof-report, which will print a summary
120 report. This is equivalent to the option: `output=mprof-report -`. If the *output*
121 option is specified as well, the report will be written to the output file instead of
122 the console.
123
124 ## Analyzing the profile data
125
126 Currently there is a command line program (*mprof-report*) to analyze the
127 data produced by the profiler. This is ran automatically when the *report*
128 profiler option is used.
129 Simply run:
130
131 `mprof-report output.mlpd`
132
133 to see a summary report of the data included in the file.
134
135 ### Trace information for events
136
137 Often it is important for some events, like allocations, lock contention
138 and exception throws to know where they happened. Or we may want to see
139 what sequence of calls leads to a particular method invocation. To see this
140 info invoke mprof-report as follows:
141
142 `mprof-report --traces output.mlpd`
143
144 The maximum number of methods in each stack trace can be specified with the 
145 *--maxframes=NUM* option:
146
147 `mprof-report --traces --maxframes=4 output.mlpd`
148
149 The stack trace info will be available if method enter/leave events have been
150 recorded or if stack trace collection wasn't explicitly disabled with the
151 *maxframes=0* profiler option. Note that the profiler will collect up to 8
152 frames by default at specific events when the *nocalls* option is used, so
153 in that case, if more stack frames are required in mprof-report, a bigger
154 value for maxframes when profiling must be used, too.
155
156 The *--traces* option also controls the reverse reference feature in the heapshot
157 report: for each class it reports how many references to objects of that class
158 come from other classes.
159
160 ### Sort order for methods and allocations
161
162 When a list of methods is printed the default sort order is based on the total time
163 spent in the method. This time is wall clock time (that is, it includes the time
164 spent, for example, in a sleep call, even if actual cpu time would be basically 0).
165 Also, if the method has been ran on different threads, the time will be a sum
166 of the time used in each thread.
167
168 To change the sort order, use the option:
169
170 `--method-sort=MODE`
171
172 where *MODE* can be:
173
174 * *self*: amount of time spent in the method itself and not in its callees
175 * *calls*: the number of method invocations
176 * *total*: the total time spent in the method.
177
178 Object allocation lists are sorted by default depending on the total amount
179 of bytes used by each type.
180
181 To change the sort order of object allocations, use the option:
182
183 `--alloc-sort=MODE`
184
185 where *MODE* can be:
186
187 * *count*: the number of allocated objects of the given type
188 * *bytes*: the total number of bytes used by objects of the given type
189
190 ### Selecting what data to report
191
192 The profiler by default collects data about many runtime subsystems and mprof-report
193 prints a summary of all the subsystems that are found in the data file. It is possible
194 to tell mprof-report to only show information about some of them with the following
195 option:
196
197 `--reports=R1[,R2...]`
198
199 where the report names R1, R2 etc. can be:
200
201 * *gc*: garbage collection information
202 * *alloc*: object allocation information
203 * *call*: method profiling information
204 * *metadata*: metadata events like image loads
205 * *exception*: exception throw and handling information
206 * *monitor*: lock contention information
207 * *thread*: thread information
208 * *heapshot*: live heap usage at heap shots
209
210 It is possible to limit some of the data displayed to a timeframe of the
211 program execution with the option:
212
213 `--time=FROM-TO`
214
215 where *FROM* and *TO* are seconds since application startup (they can be
216 floating point numbers).
217
218 Another interesting option is to consider only events happening on a particular
219 thread with the following option:
220
221 `--thread=THREADID`
222
223 where *THREADID* is one of the numbers listed in the thread summary report
224 (or a thread name when present).
225
226 By default long lists of methods or other information like object allocations
227 are limited to the most important data. To increase the amount of information
228 printed you can use the option:
229
230 `--verbose`
231
232 ### Track individual objects
233
234 Instead of printing the usual reports from the profiler data, it is possible
235 to track some interesting information about some specific object addresses.
236 The objects are selected based on their address with the *--track* option as follows:
237
238 `--track=0xaddr1[,0xaddr2,...]`
239
240 The reported info (if available in the data file), will be class name, size,
241 creation time, stack trace of creation (with the *--traces* option), etc.
242 If heapshot data is available it will be possible to also track what other objects
243 reference one of the listed addresses.
244
245 The object addresses can be gathered either from the profiler report in some
246 cases (like in the monitor lock report), from the live application or they can
247 be selected with the *--find=FINDSPEC* option. FINDSPEC can be one of the
248 following:
249
250 * *S:SIZE*: where the object is selected if it's size is at least *SIZE* 
251 * *T:NAME*: where the object is selected if *NAME* partially matches its class name
252
253 This option can be specified multiple times with one of the different kinds
254 of FINDSPEC. For example, the following:
255
256 `--find=S:10000 --find=T:Byte[]`
257
258 will find all the byte arrays that are at least 10000 bytes in size.
259
260 ### Saving a profiler report
261
262 By default mprof-report will print the summary data to the console.
263 To print it to a file, instead, use the option:
264
265 `--out=FILENAME`
266
267 ## Dealing with profiler slowness
268
269 If the profiler needs to collect lots of data, the execution of the program will
270 slow down significantly, usually 10 to 20 times slower. There are several
271 ways to reduce the impact of the profiler on the program execution.
272
273 ### Collect less data
274
275 Collecting method enter/leave events can be very expensive, especially in programs
276 that perform many millions of tiny calls. The profiler option *nocalls* can be
277 used to avoid collecting this data or it can be limited to only a few call levels
278 with the *calldepth* option.
279
280 Object allocation information is expensive as well, though much less than
281 method enter/leave events. If it's not needed, it can be skipped with the
282 *noalloc* profiler option. Note that when method enter/leave events are
283 discarded, by default stack traces are collected at each allocation and this
284 can be expensive as well. The impact of stack trace information can be reduced
285 by setting a low value with the *maxframes* option or by eliminating them
286 completely, by setting it to 0.
287
288 The other major source of data is the heapshot profiler option: especially
289 if the managed heap is big, since every object needs to be inspected. The *hsmode*
290 option can be used to reduce the frequency of the heap shots.
291
292 ### Reduce the timestamp overhead
293
294 On many operating systems or architectures what actually slows down profiling
295 is the function provided by the system to get timestamp information.
296 The *time=fast* profiler option can be usually used to speed up this operation,
297 but, depending on the system, time accounting may have some level of approximation
298 (though statistically the data should be still fairly valuable).
299
300 ### Use a statistical profiler instead
301
302 See the mono manpage for the use of a statistical (sampling) profiler.
303 The *log* profiler will be enhanced to provide sampling info in the future.
304
305 ## Dealing with the size of the data files
306
307 When collecting a lot of information about a profiled program, huge data
308 files can be generated. There are a few ways to minimize the amount of data,
309 for example by not collecting some of the more space-consuming information
310 or by compressing the information on the fly or by just generating a summary
311 report.
312
313 ### Reducing the amount of data
314
315 Method enter/leave events can be excluded completely with the *nocalls* option
316 or they can be limited to just a few levels of calls with the *calldepth* option.
317 For example, the option:
318
319 `calldepth=10`
320
321 will ignore the method events when there are more than 10 managed stack frames.
322 This is very useful for programs that have deep recursion or for programs that
323 perform many millions of tiny calls deep enough in the call stack. The optimal
324 number for the calldepth option depends on the program and it needs to be balanced
325 between providing enough profiling information and allowing fast execution speed.
326
327 Note that by default, if method events are not recorded at all, the profiler will
328 collect stack trace information at events like allocations. To avoid gathering this
329 data, use the *maxframes=0* profiler option.
330
331 Allocation events can be eliminated with the *noalloc* option.
332
333 Heap shot data can also be huge: by default it is collected at each major collection.
334 To reduce the frequency, you can use the *hsmode* profiler option to collect for example
335 every 5 collections (including major and minor):
336
337 `hsmode=5gc`
338
339 or when at least 5 seconds passed since the last heap shot:
340
341 `hsmode=5000ms`
342
343 ### Compressing the data
344
345 To reduce the amout of disk space used by the data, the data can be compressed
346 either after it has been generated with the gzip command:
347
348 `gzip -9 output.mlpd`
349
350 or it can be compressed automatically by using the *zip* profiler option. Note
351 that in this case there could be a significant slowdown of the profiled program.
352
353 The mprof-report program will tranparently deal with either compressed or
354 uncompressed data files.
355
356 ### Generating only a summary report
357
358 Often it's enough to look at the profiler summary report to diagnose an issue and in this
359 case it's possible to avoid saving the profiler data file to disk. This can be
360 accomplished with the *report* profiler option, which will basically send the data
361 to the mprof-report program for display.
362
363 To have more control of what summary information is reported (or to use a completely
364 different program to decode the profiler data), the *output* profiler option can be
365 used, with `|` as the first character: the rest of the output name will be
366 executed as a program with the data fed in on the standard input.
367
368 For example, to print only the Monitor summary with stack trace information, you
369 could use it like this:
370
371 `output=|mprof-report --reports=monitor --traces -`
372