Log profiler: implemented command server and ondemand heapshot.
[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[=MODE]*: collect heap shot data at each major collection. The frequency of the
84 heap shots can be changed with the *MODE* parameter. 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 The optional parameter *MODE* can modify the default heap shot frequency.
88 heapshot can be used multiple times with different modes: in that case a heap shot is
89 taken if either of the conditions are met.
90 MODE can be one of:
91         * *NUM*ms: perform a heap shot if at least *NUM* milliseconds passed since
92         the last one.
93         * *NUM*gc: perform a heap shot every *NUM* major garbage collections
94         * *ondemand*: perform a heap shot when such a command is sent to the
95         control port
96
97 * *time=TIMER*: use the TIMER timestamp mode. TIMER can have the following values:
98         * *fast*: a usually faster but possibly more inaccurate timer
99
100 * *maxframes=NUM*: when a stack trace needs to be performed, collect *NUM* frames
101 at the most. The default is 8.
102
103 * *calldepth=NUM*: ignore method enter/leave events when the call chain depth is
104 bigger than NUM.
105
106 * *zip*: automatically compress the output data in gzip format.
107
108 * *output=OUTSPEC*: instead of writing the profiling data to the output.mlpd file,
109 substitute *%p* in *OUTSPEC* with the current process id and *%t* with the current
110 date and time, then 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         * if *OUTSPEC* begins with a *-* character, use the rest of OUTSPEC as
114         the filename, but force overwrite any existing file by that name
115         * otherwise write the data the the named file: note that is a file by that
116         name already exists, a warning is issued and profiling is disabled.
117
118 * *report*: the profiling data is sent to mprof-report, which will print a summary
119 report. This is equivalent to the option: `output=mprof-report -`. If the *output*
120 option is specified as well, the report will be written to the output file instead of
121 the console.
122
123 * *port=PORT*: specify the tcp/ip port to use for the listening command server.
124 Currently not available for windows.
125 This server is started for example when heapshot=ondemand is used: it will read
126 commands line by line. The following commands are available:
127         * *heapshot*: perform a heapshot as soon as possible
128
129 ## Analyzing the profile data
130
131 Currently there is a command line program (*mprof-report*) to analyze the
132 data produced by the profiler. This is ran automatically when the *report*
133 profiler option is used.
134 Simply run:
135
136 `mprof-report output.mlpd`
137
138 to see a summary report of the data included in the file.
139
140 ### Trace information for events
141
142 Often it is important for some events, like allocations, lock contention
143 and exception throws to know where they happened. Or we may want to see
144 what sequence of calls leads to a particular method invocation. To see this
145 info invoke mprof-report as follows:
146
147 `mprof-report --traces output.mlpd`
148
149 The maximum number of methods in each stack trace can be specified with the 
150 *--maxframes=NUM* option:
151
152 `mprof-report --traces --maxframes=4 output.mlpd`
153
154 The stack trace info will be available if method enter/leave events have been
155 recorded or if stack trace collection wasn't explicitly disabled with the
156 *maxframes=0* profiler option. Note that the profiler will collect up to 8
157 frames by default at specific events when the *nocalls* option is used, so
158 in that case, if more stack frames are required in mprof-report, a bigger
159 value for maxframes when profiling must be used, too.
160
161 The *--traces* option also controls the reverse reference feature in the heapshot
162 report: for each class it reports how many references to objects of that class
163 come from other classes.
164
165 ### Sort order for methods and allocations
166
167 When a list of methods is printed the default sort order is based on the total time
168 spent in the method. This time is wall clock time (that is, it includes the time
169 spent, for example, in a sleep call, even if actual cpu time would be basically 0).
170 Also, if the method has been ran on different threads, the time will be a sum
171 of the time used in each thread.
172
173 To change the sort order, use the option:
174
175 `--method-sort=MODE`
176
177 where *MODE* can be:
178
179 * *self*: amount of time spent in the method itself and not in its callees
180 * *calls*: the number of method invocations
181 * *total*: the total time spent in the method.
182
183 Object allocation lists are sorted by default depending on the total amount
184 of bytes used by each type.
185
186 To change the sort order of object allocations, use the option:
187
188 `--alloc-sort=MODE`
189
190 where *MODE* can be:
191
192 * *count*: the number of allocated objects of the given type
193 * *bytes*: the total number of bytes used by objects of the given type
194
195 ### Selecting what data to report
196
197 The profiler by default collects data about many runtime subsystems and mprof-report
198 prints a summary of all the subsystems that are found in the data file. It is possible
199 to tell mprof-report to only show information about some of them with the following
200 option:
201
202 `--reports=R1[,R2...]`
203
204 where the report names R1, R2 etc. can be:
205
206 * *gc*: garbage collection information
207 * *alloc*: object allocation information
208 * *call*: method profiling information
209 * *metadata*: metadata events like image loads
210 * *exception*: exception throw and handling information
211 * *monitor*: lock contention information
212 * *thread*: thread information
213 * *heapshot*: live heap usage at heap shots
214
215 It is possible to limit some of the data displayed to a timeframe of the
216 program execution with the option:
217
218 `--time=FROM-TO`
219
220 where *FROM* and *TO* are seconds since application startup (they can be
221 floating point numbers).
222
223 Another interesting option is to consider only events happening on a particular
224 thread with the following option:
225
226 `--thread=THREADID`
227
228 where *THREADID* is one of the numbers listed in the thread summary report
229 (or a thread name when present).
230
231 By default long lists of methods or other information like object allocations
232 are limited to the most important data. To increase the amount of information
233 printed you can use the option:
234
235 `--verbose`
236
237 ### Track individual objects
238
239 Instead of printing the usual reports from the profiler data, it is possible
240 to track some interesting information about some specific object addresses.
241 The objects are selected based on their address with the *--track* option as follows:
242
243 `--track=0xaddr1[,0xaddr2,...]`
244
245 The reported info (if available in the data file), will be class name, size,
246 creation time, stack trace of creation (with the *--traces* option), etc.
247 If heapshot data is available it will be possible to also track what other objects
248 reference one of the listed addresses.
249
250 The object addresses can be gathered either from the profiler report in some
251 cases (like in the monitor lock report), from the live application or they can
252 be selected with the *--find=FINDSPEC* option. FINDSPEC can be one of the
253 following:
254
255 * *S:SIZE*: where the object is selected if it's size is at least *SIZE* 
256 * *T:NAME*: where the object is selected if *NAME* partially matches its class name
257
258 This option can be specified multiple times with one of the different kinds
259 of FINDSPEC. For example, the following:
260
261 `--find=S:10000 --find=T:Byte[]`
262
263 will find all the byte arrays that are at least 10000 bytes in size.
264
265 ### Saving a profiler report
266
267 By default mprof-report will print the summary data to the console.
268 To print it to a file, instead, use the option:
269
270 `--out=FILENAME`
271
272 ## Dealing with profiler slowness
273
274 If the profiler needs to collect lots of data, the execution of the program will
275 slow down significantly, usually 10 to 20 times slower. There are several
276 ways to reduce the impact of the profiler on the program execution.
277
278 ### Collect less data
279
280 Collecting method enter/leave events can be very expensive, especially in programs
281 that perform many millions of tiny calls. The profiler option *nocalls* can be
282 used to avoid collecting this data or it can be limited to only a few call levels
283 with the *calldepth* option.
284
285 Object allocation information is expensive as well, though much less than
286 method enter/leave events. If it's not needed, it can be skipped with the
287 *noalloc* profiler option. Note that when method enter/leave events are
288 discarded, by default stack traces are collected at each allocation and this
289 can be expensive as well. The impact of stack trace information can be reduced
290 by setting a low value with the *maxframes* option or by eliminating them
291 completely, by setting it to 0.
292
293 The other major source of data is the heapshot profiler option: especially
294 if the managed heap is big, since every object needs to be inspected. The *MODE*
295 parameter of the *heapshot* option can be used to reduce the frequency of the heap
296 shots.
297
298 ### Reduce the timestamp overhead
299
300 On many operating systems or architectures what actually slows down profiling
301 is the function provided by the system to get timestamp information.
302 The *time=fast* profiler option can be usually used to speed up this operation,
303 but, depending on the system, time accounting may have some level of approximation
304 (though statistically the data should be still fairly valuable).
305
306 ### Use a statistical profiler instead
307
308 See the mono manpage for the use of a statistical (sampling) profiler.
309 The *log* profiler will be enhanced to provide sampling info in the future.
310
311 ## Dealing with the size of the data files
312
313 When collecting a lot of information about a profiled program, huge data
314 files can be generated. There are a few ways to minimize the amount of data,
315 for example by not collecting some of the more space-consuming information
316 or by compressing the information on the fly or by just generating a summary
317 report.
318
319 ### Reducing the amount of data
320
321 Method enter/leave events can be excluded completely with the *nocalls* option
322 or they can be limited to just a few levels of calls with the *calldepth* option.
323 For example, the option:
324
325 `calldepth=10`
326
327 will ignore the method events when there are more than 10 managed stack frames.
328 This is very useful for programs that have deep recursion or for programs that
329 perform many millions of tiny calls deep enough in the call stack. The optimal
330 number for the calldepth option depends on the program and it needs to be balanced
331 between providing enough profiling information and allowing fast execution speed.
332
333 Note that by default, if method events are not recorded at all, the profiler will
334 collect stack trace information at events like allocations. To avoid gathering this
335 data, use the *maxframes=0* profiler option.
336
337 Allocation events can be eliminated with the *noalloc* option.
338
339 Heap shot data can also be huge: by default it is collected at each major collection.
340 To reduce the frequency, you can specify a heapshot mode: for example to collect
341 every 5 collections (including major and minor):
342
343 `heapshot=5gc`
344
345 or when at least 5 seconds passed since the last heap shot:
346
347 `heapshot=5000ms`
348
349 ### Compressing the data
350
351 To reduce the amout of disk space used by the data, the data can be compressed
352 either after it has been generated with the gzip command:
353
354 `gzip -9 output.mlpd`
355
356 or it can be compressed automatically by using the *zip* profiler option. Note
357 that in this case there could be a significant slowdown of the profiled program.
358
359 The mprof-report program will tranparently deal with either compressed or
360 uncompressed data files.
361
362 ### Generating only a summary report
363
364 Often it's enough to look at the profiler summary report to diagnose an issue and in this
365 case it's possible to avoid saving the profiler data file to disk. This can be
366 accomplished with the *report* profiler option, which will basically send the data
367 to the mprof-report program for display.
368
369 To have more control of what summary information is reported (or to use a completely
370 different program to decode the profiler data), the *output* profiler option can be
371 used, with `|` as the first character: the rest of the output name will be
372 executed as a program with the data fed in on the standard input.
373
374 For example, to print only the Monitor summary with stack trace information, you
375 could use it like this:
376
377 `output=|mprof-report --reports=monitor --traces -`
378