First cut of the new log profiler and report generator.
[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.
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 do according to *OUTSPEC*:
111         * if *OUTSPEC* begins with a *|* character, execute the rest as a program
112         and feed the data to its standard input
113         * otherwise write the data the the named file
114
115 * *report*: the profiling data is sent to mprof-report, which will print a summary
116 report. This is equivalent to the option: `output=mprof-report -`.
117
118 ## Analyzing the profile data
119
120 Currently there is a command line program (*mprof-report*) to analyze the
121 data produced by the profiler. This is ran automatically when the *report*
122 profiler option is used.
123 Simply run:
124
125 `mprof-report output.mlpd`
126
127 to see a summary report of the data included in the file.
128
129 ### Trace information for events
130
131 Often it is important for some events, like allocations, lock contention
132 and exception throws to know where they happened. Or we may want to see
133 what sequence of calls leads to a particular method invocation. To see this
134 info invoke mprof-report as follows:
135
136 `mprof-report --traces output.mlpd`
137
138 The maximum number of methods in each stack trace can be specified with the 
139 *--maxframes=NUM* option:
140
141 `mprof-report --traces --maxframes=4 output.mlpd`
142
143 The stack trace info will be available if method enter/leave events have been
144 recorded or if stack trace collection wasn't explicitly disabled with the
145 *maxframes=0* option.
146
147 ### Sort order for methods and allocations
148
149 When a list of methods is printed the default sort order is based on the total time
150 spent in the method. This time is wall clock time (that is, it includes the time
151 spent, for example, in a sleep call, even if actual cpu time would be basically 0).
152 Also, if the method has been ran on different threads, the time will be a sum
153 of the time used in each thread.
154
155 To change the sort order, use the option:
156
157 `--method-sort=MODE`
158
159 where *MODE* can be:
160
161 * *self*: amount of time spent in the method itself and not in its callees
162 * *calls*: the number of method invocations
163 * *total*: the total time spent in the method.
164
165 Object allocation lists are sorted by default depending on the total amount
166 of bytes used by each type.
167
168 To change the sort order of object allocations, use the option:
169
170 `--alloc-sort=MODE`
171
172 where *MODE* can be:
173
174 * *count*: the number of allocated objects of the given type
175 * *bytes*: the total number of bytes used by objects of the given type
176
177 ### Selecting what data to report
178
179 The profiler by default collects data about many runtime subsystems and mprof-report
180 prints a summary of all the subsystems that are found in the data file. It is possible
181 to tell mprof-report to only show information about some of them with the following
182 option:
183
184 `--reports=R1[,R2...]`
185
186 where the report names R1, R2 etc. can be:
187
188 * *gc*: garbage collection information
189 * *alloc*: object allocation information
190 * *call*: method profiling information
191 * *metadata*: metadata events like image loads
192 * *exception*: exception throw and handling information
193 * *monitor*: lock contention information
194 * *thread*: thread information
195 * *heapshot*: live heap usage at heap shots
196
197 It is possible to limit some of the data displayed to a timeframe of the
198 program execution with the option:
199
200 `--time=FROM-TO`
201
202 where *FROM* and *TO* are seconds since application startup (they can be
203 floating point numbers).
204
205 Another interesting option is to consider only events happening on a particular
206 thread with the following option:
207
208 `--thread=THREADID`
209
210 where *THREADID* is one of the numbers listed in the thread summary report
211 (or a thread name when present).
212
213 By default long lists of methods or other information like object allocations
214 are limited to the most important data. To increase the amount of information
215 printed you can use the option:
216
217 `--verbose`
218
219 ### Saving a profiler report
220
221 By default mprof-report will print the summary data to the console.
222 To print it to a file, instead, use the option:
223
224 `--out=FILENAME`
225
226 ## Dealing with profiler slowness
227
228 If the profiler needs to collect lots of data, the execution of the program will
229 slow down significantly, usually 10 to 20 times slower. There are several
230 ways to reduce the impact of the profiler on the program execution.
231
232 ### Collect less data
233
234 Collecting method enter/leave events can be very expensive, especially in programs
235 that perform many millions of tiny calls. The profiler option *nocalls* can be
236 used to avoid collecting this data or it can be limited to only a few call levels
237 with the *calldepth* option.
238
239 Object allocation information is expensive as well, though much less than
240 method enter/leave events. If it's not needed, it can be skipped with the
241 *noalloc* profiler option. Note that when method enter/leave events are
242 discarded, by default stack traces are collected at each allocation and this
243 can be expensive as well. The impact of stack trace information can be reduced
244 by setting a low value with the *maxframes* option or by eliminating them
245 completely, by setting it to 0.
246
247 The other major source of data is the heapshot profiler option: especially
248 if the managed heap is big, since every object needs to be inspected. The *hsmode*
249 option can be used to reduce the frequency of the heap shots.
250
251 ### Reduce the timestamp overhead
252
253 On many operating systems or architectures what actually slows down profiling
254 is the function provided by the system to get timestamp information.
255 The *time=fast* profiler option can be usually used to speed up this operation,
256 but, depending on the system, time accounting may have some level of approximation
257 (though statistically the data should be still fairly valuable).
258
259 ### Use a statistical profiler instead
260
261 See the mono manpage for the use of a statistical (sampling) profiler.
262 The *log* profiler will be enhanced to provide sampling info in the future.
263
264 ## Dealing with the size of the data files
265
266 When collecting a lot of information about a profiled program, huge data
267 files can be generated. There are a few ways to minimize the amount of data,
268 for example by not collecting some of the more space-consuming information
269 or by compressing the information on the fly or by just generating a summary
270 report.
271
272 ### Reducing the amount of data
273
274 Method enter/leave events can be excluded completely with the *nocalls* option
275 or they can be limited to just a few levels of calls with the *calldepth* option.
276 For example, the option:
277
278 `calldepth=10`
279
280 will ignore the method events when there are more than 10 managed stack frames.
281 This is very useful for programs that have deep recursion or for programs that
282 perform many millions of tiny calls deep enough in the call stack. The optimal
283 number for the calldepth option depends on the program and it needs to be balanced
284 between providing enough profiling information and allowing fast execution speed.
285
286 Note that by default, if method events are not recorded at all, the profiler will
287 collect stack trace information at events like allocations. To avoid gathering this
288 data, use the *maxframes=0* profiler option.
289
290 Allocation events can be eliminated with the *noalloc* option.
291
292 Heap shot data can also be huge: by default it is collected at each major collection.
293 To reduce the frequency, you can use the *hsmode* profiler option to collect for example
294 every 5 collections (including major and minor):
295
296 `hsmode=5gc`
297
298 or when at least 5 seconds passed since the last heap shot:
299
300 `hsmode=5000ms`
301
302 ### Compressing the data
303
304 To reduce the amout of disk space used by the data, the data can be compressed
305 either after it has been generated with the gzip command:
306
307 `gzip -9 output.mlpd`
308
309 or it can be compressed automatically by using the *zip* profiler option. Note
310 that in this case there could be a significant slowdown of the profiled program.
311
312 The mprof-report program will tranparently deal with either compressed or
313 uncompressed data files.
314
315 ### Generating only a summary report
316
317 Often it's enough to look at the profiler summary report to diagnose an issue and in this
318 case it's possible to avoid saving the profiler data file to disk. This can be
319 accomplished with the *report* profiler option, which will basically send the data
320 to the mprof-report program for display.
321
322 To have more control of what summary information is reported (or to use a completely
323 different program to decode the profiler data), the *output* profiler option can be
324 used, with `|` as the first character: the rest of the output name will be
325 executed as a program with the data fed in on the standard input.
326
327 For example, to print only the Monitor summary with stack trace information, you
328 could use it like this:
329
330 `output=|mprof-report --reports=monitor --traces -`
331