# Χρησιμοποιήστε το Massif για το προφίλ της χρήσης της μνήμης σε εφαρμογές του GNOME

Αυτό το άρθρο περιγράφει πώς χρησιμοποιείται ο δημιουργός προφίλ Massif με εφαρμογές του GNOME. Περιγράφουμε πώς να το καλέσετε, να το ερμηνεύσετε και πώς να ενεργήσετε βάσει των αποτελεσμάτων του. Ως παράδειγμα χρησιμοποιούμε το παιχνίδι Ίδια GNOME.

## Εισαγωγή

Το Massif είναι μέλος της σουίτας εργαλείων δημιουργίας προφίλ χρήσης μνήμης valgrind. Ο σκοπός του είναι να δίνει μια λεπτομερή προβολή της δυναμικής χρήσης της μνήμης κατά τη διάρκεια εκτέλεσης ενός προγράμματος. Συγκεκριμένα, καταγράφει τη χρήση της μνήμης από το δένδρο heap και τη στοίβα.

Η heap είναι η περιοχή στη μνήμη η οποία κατανέμεται με συναρτήσεις όπως η malloc. Μεγαλώνει κατά απαίτηση και είναι συνήθως η μεγαλύτερη περιοχή της μνήμης σε ένα πρόγραμμα. Η στοίβα είναι εκεί όπου αποθηκεύονται όλα τα τοπικά δεδομένα για τις συναρτήσεις. Αυτό συμπεριλαμβάνει τις «αυτόματες» μεταβλητές στη C και τη διεύθυνση επιστροφής για τις υπορουτίνες. Η στοίβα είναι τυπικά πολύ μικρότερη και πολύ πιο ενεργή από τη heap. Δε θα ασχοληθούμε ειδικά με τη στοίβα μια που το Massif την αντιμετωπίζει σαν να ήταν μέρος της heap. Το Massif παρέχει επίσης πληροφορίες για την ποσότητα της μνήμης που χρησιμοποιείται για τη διαχείριση της heap.

Το Massif παράγει δύο αρχεία εξόδου: μια γραφική επισκόπηση σε ένα αρχείο postscript και μια λεπτομερή ανάλυση σε ένα αρχείο κειμένου.

## Χρήση του Massif με το GNOME

Το Massif έχει πολύ λίγες επιλογές και για τα περισσότερα προγράμματα δεν τις χρειάζεστε. Εντούτοις για της εφαρμογές του GNOME, όπου η κατανομή μνήμης μπορεί να θαφτεί βαθιά στο glib ή στο GTK, ο αριθμός επιπέδων κάτω από την κλήση-σωρού που το Massif κατεβαίνει θα πρέπει να αυξηθεί. Αυτό είναι γίνεται χρησιμοποιώντας την παράμετρο --depth. Εξ ορισμού αυτό είναι ίσο με 3; αυξάνοντας το σε 5 εγγυάται ότι η κλήση-σωρού θα φθάσει στον κώδικά σας. Ένα ή δύο περισσότερα επίπεδα μπορούν επίσης να είναι επιθυμητά και να παρέχουν στον κώδικά σας κάποιο πλαίσιο εφαρμογής. Δεδομένου ότι το επίπεδο λεπτομέρειας γίνεται γρήγορα συντριπτικό είναι καλύτερο να αρχίσει με μικρότερη παράμετρο βάθους και να το αυξήστε μόνο όταν γίνεται προφανές ότι αυτό δεν είναι ικανοποιητικό.

It is also useful to tell Massif which functions allocate memory in glib. It removes an unnecessary layer of function calls from the reports and gives you a clearer idea of what code is allocating memory. The allocating functions in glib are g_malloc, g_malloc0, g_realloc, g_try_malloc, and g_mem_chunk_alloc. You use the --alloc-fn option to tell Massif about them.

Η γραμμή-εντολών σας πρέπει επομένως να μοιάζει κάπως σαν:

    valgrind --tool=massif --depth=5  --alloc-fn=g_malloc --alloc-fn=g_realloc --alloc-fn=g_try_malloc \
             --alloc-fn=g_malloc0 --alloc-fn=g_mem_chunk_alloc same-gnome

Το Same GNOME είναι το πρόγραμμα που θα χρησιμοποιούμε σαν παράδειγμα. Σας προειδοποιούμε ότι, από την στιγμή που ο valgrind θα εξομοιώνει την ΚΜΕ, θα λειτουργεί πολύ αργά. Θα χρειαστείτε επίσης πολλή μνήμη.

## Ερμηνεία των αποτελεσμάτων

Η γραφική έξοδος δεδομένων του Massif είναι κατά ένα μεγάλο μέρος αυτοεπεξηγηματικός. Κάθε ζώνη αντιπροσωπεύει τη μνήμη που διατίθεται από μια λειτουργία σε σχέση με τον χρόνο. Μόλις προσδιορίσετε ποιες ζώνες χρησιμοποιούν την περισσότερη μνήμη, συνήθως οι μεγάλες παχιές στην κορυφή, θα πρέπει να συμβουλευθείτε το αντίστοιχο αρχείο κειμένου για περισσότερες λεπτομέρειες.

Τα αρχεία κειμένων τακτοποιούνται ιεραρχικά βάση των τμημάτων, στην κορυφή είναι μία λίστα των χειρότερων χρηστών μνήμης που τακτοποιούνται κατά σειρά βάση την μείωση του χωροχρόνου. Κάτω από αυτά είναι και άλλα τμήματα, κάθε ένα διαιρεί τα αποτελέσματα σε μικρότερες λεπτομέρειες καθώς προχωράτε προς την κλήση-σωρού. Για να επεξηγήσουμε αυτό θα χρησιμοποιήσουμε την έξοδος δεδομένων της εντολής παραπάνω.

### Έξοδος δεδομένων Massif για την μη-βελτιστοποιημένη έκδοση του προγράμματος Same GNOME.

Το optimization-massif-FIG-output-unoptimized παρουσιάζει μία χαρακτηριστική έξοδος δεδομένων σε μορφή postscript από το Massif. Αυτό είναι το αποτέλεσμα εάν θα παίζατε μία πίστα από το παιχνίδι Same GNOME (έκδοση 2.8.0) και έπειτα το κλείνατε. Το αρχείο postscript θα έχει ένα όνομα όπως `massif.12345.ps` και το αρχείο κειμένων θα ονομάζεται `massif.12345.txt`. Ο αριθμός στη μέση είναι η ταυτότητα διαδικασίας του προγράμματος που εξετάστηκε. Εάν δοκιμάσετε πραγματικά αυτό το παράδειγμα θα βρείτε δύο εκδόσεις κάθε αρχείου, με ελαφρά διαφορετικούς νούμερα, αυτό συμβαίνει γιατί το Same GNOME κάνει έναρξη μια δεύτερη διαδικασία και το Massif ακολουθεί και αυτή επίσης. Θα αγνοήσουμε αυτήν την δεύτερη διαδικασία, μια που καταναλώνει πολύ λίγη μνήμη.

Στην κορυφή της γραφικής παράστασης βλέπουμε μια μεγάλη κίτρινη ζώνη με τίτλο gdk_pixbuf_new. Αυτό φαίνεται ως ένας ιδανικός υποψήφιος για βελτιστοποίηση, αλλά θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε το αρχείο κειμένων για να ανακαλύψουμε τι καλεί το gdk_pixbuf_new. Στην κορυφή του αρχείου κειμένων θα εμφανίζεται κάτι σαν το επόμενο:

    Εντολή: ./same-gnome

    == 0 ===========================
    Συναρτήσεις κατανομής σωρών που καταμετρήθηκε ως το 90.4% από το μετρίσιμο χωρόχρoνο

    Καλείται από:
      28.8% : 0x6BF83A: gdk_pixbuf_new (στο /usr/lib/libgdk_pixbuf-2.0.so.0.400.9)

        6.1% : 0x5A32A5: g_strdup (στο /usr/lib/libglib-2.0.so.0.400.6)

        5.9% : 0x510B3C: (μέσα στο /usr/lib/libfreetype.so.6.3.7)

        3.5% : 0x2A4A6B: __gconv_open (στο /lib/tls/libc-2.3.3.so)

Η γραμμή με το σύμβολο του '=' δείχνει πόσο βαθιά κάτω είμαστε στο ίχνος σωρού, σε αυτήν την περίπτωση είμαστε στην κορυφή. Μετά από αυτό απαριθμεί τους βαρύτερους χρήστες της μνήμης έτσι ώστε να μειωθεί ο χωρόχρονος. Ο χωρόχρονος είναι το λόγος του ποσού της μνήμης που χρησιμοποιείται και του χρόνου χρησιμοποίησης του. Αντιστοιχεί στον περιοχή των ζωνών στη γραφική παράσταση. Αυτό το μέρος του αρχείου μας λέει αυτό που ξέρουμε ήδη: το μεγαλύτερο μέρος του χωροχρόνου αφιερώνεται στο gdk_pixbuf_new. Για να ανακαλύψουν τι κάλεσε το gdk_pixbuf_new πρέπει να ψάξουμε περαιτέρω μέσα στο αρχείο κειμένου:

    == 4 ===========================
    Πλαίσιο καταμέτρησης για το 28.8% του υπολογίσιμου χωροχρόνου
      0x6BF83A: gdk_pixbuf_new (στο /usr/lib/libgdk_pixbuf-2.0.so.0.400.9)
      0x3A998998: (μέσα στο /usr/lib/gtk-2.0/2.4.0/loaders/libpixbufloader-png.so)
      0x6C2760: (μέσα στο /usr/lib/libgdk_pixbuf-2.0.so.0.400.9)
      0x6C285E: gdk_pixbuf_new_from_file (στο /usr/lib/libgdk_pixbuf-2.0.so.0.400.9)

    Καλείται από:
      27.8% : 0x804C1A3: load_scenario (same-gnome.c:463)

        0.9% : 0x3E8095E: (μέσα στο /usr/lib/libgnomeui-2.so.0.792.0)

      και 1 άλλη ασήμαντη θέση

Η πρώτη γραμμή μας λέει ότι είμαστε τώρα τέσσερα επίπεδα βαθιά μέσα στο σωρό. Από κάτω βρίσκεται η λίστα των κλήσεων λειτουργίας που μας οδηγεί από εδώ στο gdk_pixbuf_new. Τελικά υπάρχει μία λίστα λειτουργιών που είναι στο επόμενο κάτω επίπεδο και καλούν αυτές τις λειτουργίες. Υπάρχουν, φυσικά, καταχωρήσεις για τα επίπεδα 1, 2, και 3, αλλά αυτό είναι το πρώτο επίπεδο που φθάνει ακριβός στον κώδικα GDK τουSame GNOME. Από αυτήν την λίστα, μπορούμε να δούμε αμέσως ότι ο προβλήματηκός κώδικας είναι ο load_scenario.

Τώρα που ξέρουμε ποιο μέρος του κώδικά μας χρησιμοποιεί όλο χωρόχρονο μπορούμε να εξετάσουμε και να ανακαλύψουμε το γιατί. Ως αποτέλεσμα βλέπουμε ότι το load_scenario φορτώνει την pixbuf από ένα αρχείο και έπειτα δεν απελευθερώνει ποτέ την μνήμη. Αφού προσδιορίσαμε τον προβληματικό κώδικα, μπορούμε να αρχίσουμε να τον διορθώνουμε.

## Ενέργειες πάνω στα αποτελέσματα

Μειώνοντας την κατανάλωση του χωροχρόνου είναι κάτι καλό, αλλά υπάρχουν δύο τρόποι για την μείωση του που δεν είναι ισότιμες. Μπορείτε είτε να μειώσετε το ποσό μνήμης που διατίθεται, ή μειώστε το χρονικό διάστημα που του διατίθεται. Εξετάστε για μια στιγμή ένα πρότυπο σύστημα με μόνο δύο διαδικασίες ενεργές. Και οι δύο διαδικασίες καταναλώνουν σχεδόν όλη την φυσική μνήμη RAM και εάν κάποια στιγμή επικαλύψει η μία την άλλη το σύστημα θα κάνει αντιμετάθεση και όλα θα επιβραδύνουν. Προφανώς εάν μειώνουμε τη χρήση μνήμης σε κάθε διαδικασία με παράγοντα του δύο θα μπορούν ειρηνικά να συνυπάρξουν χωρίς την ανάγκη για αντιμετάθεση. Εάν αντ' αυτού μειώσουμε το χρόνο που διατίθεται η μνήμη με παράγοντα του δύο τότε τα δύο προγράμματα μπορούν να συνυπάρξουν, αλλά μόνο εφ' όσον οι περίοδοι υψηλής χρήσης της μνήμης τους δεν επικαλύπτονται. Έτσι είναι καλύτερο να μειωθεί το ποσό μνήμης που διατίθεται.

Δυστυχώς, η επιλογή της βελτιστοποίησης περιορίζεται επίσης από τις ανάγκες του προγράμματος. Το μέγεθος των δεδομένων του pixbuf στο Same GNOME καθορίζεται από το μέγεθος της γραφικής αναπαράστασης του παιχνιδιού και δεν μπορεί να μειωθεί εύκολα. Εντούτοις, το χρονικό διάστημα που ξοδεύει κατά την φόρτωση του στη μνήμη μπορεί να μειωθεί δραστικά. Το optimization-massif-FIG-output-optimized παρουσιάζει την ανάλυση του Massif για το Same GNOME μετά από την αλλαγή του για να απορρίπτει τα pixbufs μόλις φορτωθούν οι εικόνες στον διακομιστή X.

### Έξοδος δεδομένων Massif για την βελτιστοποιημένη έκδοση του προγράμματος Same GNOME.

The spacetime use of gdk_pixbuf_new is now a thin band that only spikes briefly (it is now the sixteenth band down and shaded magenta). As a bonus, the peak memory use has dropped by 200 kB since the spike occurs before other memory is allocated. If two processes like this were run together the chances of the peak memory usage coinciding, and hence the risk of swapping, would be quite low.

Μπορούμε να το κάνουμε καλύτερα; Μια γρήγορη εξέταση της εξόδου δεδομένων του Massif σε κείμενο αποκαλύπτει ότι: το g_strdup είναι ο νέος σημαντικός ένοχος.

    Εντολή: ./same-gnome

    == 0 ===========================
    Συναρτήσεις κατανομής σωρών που καταμετρήθηκε ως το 87.6% από το μετρίσιμο χωρόχρονο

    Καλείται από:
        7.7% : 0x5A32A5: g_strdup (στο /usr/lib/libglib-2.0.so.0.400.6)

        7.6% : 0x43BC9F: (μέσα στο /usr/lib/libgdk-x11-2.0.so.0.400.9)

        6.9% : 0x510B3C: (μέσα στο /usr/lib/libfreetype.so.6.3.7)

        5.2% : 0x2A4A6B: __gconv_open (στο /lib/tls/libc-2.3.3.so)

Εάν το εξετάσουμε ποιο ενδελεχώς θα δούμε ότι καλείται από πολλές, πολλές, διαφορετικές θέσεις.

    == 1 ===========================
    Πλαίσιο καταμέτρησης για το 7.7% του υπολογίσιμου χωροχρόνου
      0x5A32A5: g_strdup (στο /usr/lib/libglib-2.0.so.0.400.6)

    Called from:
        1.8% : 0x8BF606: gtk_icon_source_copy (στο /usr/lib/libgtk-x11-2.0.so.0.400.9)

        1.1% : 0x67AF6B: g_param_spec_internal (στο /usr/lib/libgobject-2.0.so.0.400.6)

        0.9% : 0x91FCFC: (μέσα στο /usr/lib/libgtk-x11-2.0.so.0.400.9)

        0.8% : 0x57EEBF: g_quark_from_string (στο /usr/lib/libglib-2.0.so.0.400.6)

      και 155 άλλες ασήμαντες θέσεις

We now face diminishing returns for our optimization efforts. The graph hints at another possible approach: Both the "other" and "heap admin" bands are quite large. This tells us that there are a lot of small allocations being made from a variety of places. Eliminating these will be difficult, but if they can be grouped then the individual allocations can be larger and the "heap admin" overhead can be reduced.

## Caveats

Υπάρχουν μερικά πράγματα που θα πρέπει να προσέξετε: Αρχικά, ο χωρόχρονος εμφανίζεται μόνο ως ποσοστό, πρέπει να το συγκρίνετε με το γενικό μέγεθος του προγράμματος για να αποφασίσει εάν το ποσό μνήμης αξίζει να δαπανηθεί. Η γραφική παράσταση, με τον κάθετο άξονα σε kilobyte, είναι ιδανικό για κάτι τέτοιο.

Αφετέρου,to Massif λαμβάνει υπόψη μόνο τη μνήμη που χρησιμοποιείται από τa προγράμματα σας. Οι πόροι όπως τα pixmaps αποθηκεύονται στον διακομιστή X και δεν εξετάζονται από το Massif. Στο παράδειγμα με το Same GNOME στην πραγματικότητα έχουμε μετακινήσει την κατανάλωση μνήμης μόνο την pixbufs από την πλευρά του προγράμματος πελάτη στα pixmaps από την πλευρά του διακομιστή. Αν και κάναμε μία μικρή απάτη, υπάρχουν κέρδη στην απόδοση. Αν κρατήσουμε τα στοιχεία εικόνας του διακομιστή X καθιστά τις ρουτίνες γραφικής αναπαράστασης γρηγορότερες και αφαιρεί πολύ διά-επεξεργαστική επικοινωνία. Επίσης, τα pixmaps θα αποθηκευτούν σε μία εγγενείς μορφή γραφικής αναπαράστασης που είναι συχνά συμπαγέστερο από το 32-μπιτη μορφή RGBA που χρησιμοποιείται από το gdk_pixbuf. Για να μετρηθεί η επίδραση των pixmaps, και άλλων πόρων του διακομιστή X χρησημοποιήστε το πρόγραμμα xrestop.