etc/ChangeLog
[external/binutils.git] / gprof / gprof.texi
1 \input texinfo @c -*-texinfo-*-
2 @setfilename gprof.info
3 @c Copyright 1988, 1992, 1993, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003,
4 @c 2004, 2007, 2008, 2009
5 @c Free Software Foundation, Inc.
6 @settitle GNU gprof
7 @setchapternewpage odd
8
9 @c man begin INCLUDE
10 @include bfdver.texi
11 @c man end
12
13 @ifinfo
14 @c This is a dir.info fragment to support semi-automated addition of
15 @c manuals to an info tree.  zoo@cygnus.com is developing this facility.
16 @format
17 START-INFO-DIR-ENTRY
18 * gprof: (gprof).                Profiling your program's execution
19 END-INFO-DIR-ENTRY
20 @end format
21 @end ifinfo
22
23 @copying
24 This file documents the gprof profiler of the GNU system.
25
26 @c man begin COPYRIGHT
27 Copyright @copyright{} 1988, 1992, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2003,
28 2007, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
29
30 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
31 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3
32 or any later version published by the Free Software Foundation;
33 with no Invariant Sections, with no Front-Cover Texts, and with no
34 Back-Cover Texts.  A copy of the license is included in the
35 section entitled ``GNU Free Documentation License''.
36
37 @c man end
38 @end copying
39
40 @finalout
41 @smallbook
42
43 @titlepage
44 @title GNU gprof
45 @subtitle The @sc{gnu} Profiler 
46 @ifset VERSION_PACKAGE
47 @subtitle @value{VERSION_PACKAGE}
48 @end ifset
49 @subtitle Version @value{VERSION}
50 @author Jay Fenlason and Richard Stallman
51
52 @page
53
54 This manual describes the @sc{gnu} profiler, @code{gprof}, and how you
55 can use it to determine which parts of a program are taking most of the
56 execution time.  We assume that you know how to write, compile, and
57 execute programs.  @sc{gnu} @code{gprof} was written by Jay Fenlason.
58 Eric S. Raymond made some minor corrections and additions in 2003.
59
60 @vskip 0pt plus 1filll
61 Copyright @copyright{} 1988, 1992, 1997, 1998, 1999, 2000, 2003, 2008,
62 2009 Free Software Foundation, Inc.
63
64       Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
65       under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3
66       or any later version published by the Free Software Foundation;
67       with no Invariant Sections, with no Front-Cover Texts, and with no
68       Back-Cover Texts.  A copy of the license is included in the
69       section entitled ``GNU Free Documentation License''.
70
71 @end titlepage
72 @contents
73
74 @ifnottex
75 @node Top
76 @top Profiling a Program: Where Does It Spend Its Time?
77
78 This manual describes the @sc{gnu} profiler, @code{gprof}, and how you
79 can use it to determine which parts of a program are taking most of the
80 execution time.  We assume that you know how to write, compile, and
81 execute programs.  @sc{gnu} @code{gprof} was written by Jay Fenlason.
82
83 This manual is for @code{gprof}
84 @ifset VERSION_PACKAGE
85 @value{VERSION_PACKAGE}
86 @end ifset
87 version @value{VERSION}.
88
89 This document is distributed under the terms of the GNU Free
90 Documentation License version 1.3.  A copy of the license is included
91 in the section entitled ``GNU Free Documentation License''.
92
93 @menu
94 * Introduction::        What profiling means, and why it is useful.
95
96 * Compiling::           How to compile your program for profiling.
97 * Executing::           Executing your program to generate profile data
98 * Invoking::            How to run @code{gprof}, and its options
99
100 * Output::              Interpreting @code{gprof}'s output
101
102 * Inaccuracy::          Potential problems you should be aware of
103 * How do I?::           Answers to common questions
104 * Incompatibilities::   (between @sc{gnu} @code{gprof} and Unix @code{gprof}.)
105 * Details::             Details of how profiling is done
106 * GNU Free Documentation License::  GNU Free Documentation License
107 @end menu
108 @end ifnottex
109
110 @node Introduction
111 @chapter Introduction to Profiling
112
113 @ifset man
114 @c man title gprof display call graph profile data
115
116 @smallexample
117 @c man begin SYNOPSIS
118 gprof [ -[abcDhilLrsTvwxyz] ] [ -[ACeEfFJnNOpPqQZ][@var{name}] ] 
119  [ -I @var{dirs} ] [ -d[@var{num}] ] [ -k @var{from/to} ]
120  [ -m @var{min-count} ] [ -R @var{map_file} ] [ -t @var{table-length} ]
121  [ --[no-]annotated-source[=@var{name}] ] 
122  [ --[no-]exec-counts[=@var{name}] ]
123  [ --[no-]flat-profile[=@var{name}] ] [ --[no-]graph[=@var{name}] ]
124  [ --[no-]time=@var{name}] [ --all-lines ] [ --brief ] 
125  [ --debug[=@var{level}] ] [ --function-ordering ] 
126  [ --file-ordering @var{map_file} ] [ --directory-path=@var{dirs} ]
127  [ --display-unused-functions ] [ --file-format=@var{name} ]
128  [ --file-info ] [ --help ] [ --line ] [ --min-count=@var{n} ]
129  [ --no-static ] [ --print-path ] [ --separate-files ]
130  [ --static-call-graph ] [ --sum ] [ --table-length=@var{len} ]
131  [ --traditional ] [ --version ] [ --width=@var{n} ]
132  [ --ignore-non-functions ] [ --demangle[=@var{STYLE}] ]
133  [ --no-demangle ] [--external-symbol-table=name] 
134  [ @var{image-file} ] [ @var{profile-file} @dots{} ]
135 @c man end
136 @end smallexample
137
138 @c man begin DESCRIPTION
139 @code{gprof} produces an execution profile of C, Pascal, or Fortran77 
140 programs.  The effect of called routines is incorporated in the profile 
141 of each caller.  The profile data is taken from the call graph profile file
142 (@file{gmon.out} default) which is created by programs
143 that are compiled with the @samp{-pg} option of
144 @code{cc}, @code{pc}, and @code{f77}.
145 The @samp{-pg} option also links in versions of the library routines
146 that are compiled for profiling.  @code{Gprof} reads the given object 
147 file (the default is @code{a.out}) and establishes the relation between
148 its symbol table and the call graph profile from @file{gmon.out}.
149 If more than one profile file is specified, the @code{gprof}
150 output shows the sum of the profile information in the given profile files.
151
152 @code{Gprof} calculates the amount of time spent in each routine.
153 Next, these times are propagated along the edges of the call graph.
154 Cycles are discovered, and calls into a cycle are made to share the time
155 of the cycle.
156
157 @c man end
158
159 @c man begin BUGS
160 The granularity of the sampling is shown, but remains
161 statistical at best.
162 We assume that the time for each execution of a function
163 can be expressed by the total time for the function divided
164 by the number of times the function is called.
165 Thus the time propagated along the call graph arcs to the function's
166 parents is directly proportional to the number of times that
167 arc is traversed.
168
169 Parents that are not themselves profiled will have the time of
170 their profiled children propagated to them, but they will appear
171 to be spontaneously invoked in the call graph listing, and will
172 not have their time propagated further.
173 Similarly, signal catchers, even though profiled, will appear
174 to be spontaneous (although for more obscure reasons).
175 Any profiled children of signal catchers should have their times
176 propagated properly, unless the signal catcher was invoked during
177 the execution of the profiling routine, in which case all is lost.
178
179 The profiled program must call @code{exit}(2)
180 or return normally for the profiling information to be saved
181 in the @file{gmon.out} file.
182 @c man end
183
184 @c man begin FILES
185 @table @code
186 @item @file{a.out}
187 the namelist and text space.
188 @item @file{gmon.out}
189 dynamic call graph and profile.
190 @item @file{gmon.sum}
191 summarized dynamic call graph and profile.  
192 @end table
193 @c man end
194
195 @c man begin SEEALSO
196 monitor(3), profil(2), cc(1), prof(1), and the Info entry for @file{gprof}.
197
198 ``An Execution Profiler for Modular Programs'',
199 by S. Graham, P. Kessler, M. McKusick;
200 Software - Practice and Experience,
201 Vol. 13, pp. 671-685, 1983.
202
203 ``gprof: A Call Graph Execution Profiler'',
204 by S. Graham, P. Kessler, M. McKusick;
205 Proceedings of the SIGPLAN '82 Symposium on Compiler Construction,
206 SIGPLAN Notices, Vol. 17, No  6, pp. 120-126, June 1982.
207 @c man end
208 @end ifset
209
210 Profiling allows you to learn where your program spent its time and which
211 functions called which other functions while it was executing.  This
212 information can show you which pieces of your program are slower than you
213 expected, and might be candidates for rewriting to make your program
214 execute faster.  It can also tell you which functions are being called more
215 or less often than you expected.  This may help you spot bugs that had
216 otherwise been unnoticed.
217
218 Since the profiler uses information collected during the actual execution
219 of your program, it can be used on programs that are too large or too
220 complex to analyze by reading the source.  However, how your program is run
221 will affect the information that shows up in the profile data.  If you
222 don't use some feature of your program while it is being profiled, no
223 profile information will be generated for that feature.
224
225 Profiling has several steps:
226
227 @itemize @bullet
228 @item
229 You must compile and link your program with profiling enabled.
230 @xref{Compiling, ,Compiling a Program for Profiling}.
231
232 @item
233 You must execute your program to generate a profile data file.
234 @xref{Executing, ,Executing the Program}.
235
236 @item
237 You must run @code{gprof} to analyze the profile data.
238 @xref{Invoking, ,@code{gprof} Command Summary}.
239 @end itemize
240
241 The next three chapters explain these steps in greater detail.
242
243 @c man begin DESCRIPTION
244
245 Several forms of output are available from the analysis.
246
247 The @dfn{flat profile} shows how much time your program spent in each function,
248 and how many times that function was called.  If you simply want to know
249 which functions burn most of the cycles, it is stated concisely here.
250 @xref{Flat Profile, ,The Flat Profile}.
251
252 The @dfn{call graph} shows, for each function, which functions called it, which
253 other functions it called, and how many times.  There is also an estimate
254 of how much time was spent in the subroutines of each function.  This can
255 suggest places where you might try to eliminate function calls that use a
256 lot of time.  @xref{Call Graph, ,The Call Graph}.
257
258 The @dfn{annotated source} listing is a copy of the program's
259 source code, labeled with the number of times each line of the
260 program was executed.  @xref{Annotated Source, ,The Annotated Source
261 Listing}.
262 @c man end
263
264 To better understand how profiling works, you may wish to read
265 a description of its implementation.
266 @xref{Implementation, ,Implementation of Profiling}.
267
268 @node Compiling
269 @chapter Compiling a Program for Profiling
270
271 The first step in generating profile information for your program is
272 to compile and link it with profiling enabled.
273
274 To compile a source file for profiling, specify the @samp{-pg} option when
275 you run the compiler.  (This is in addition to the options you normally
276 use.)
277
278 To link the program for profiling, if you use a compiler such as @code{cc}
279 to do the linking, simply specify @samp{-pg} in addition to your usual
280 options.  The same option, @samp{-pg}, alters either compilation or linking
281 to do what is necessary for profiling.  Here are examples:
282
283 @example
284 cc -g -c myprog.c utils.c -pg
285 cc -o myprog myprog.o utils.o -pg
286 @end example
287
288 The @samp{-pg} option also works with a command that both compiles and links:
289
290 @example
291 cc -o myprog myprog.c utils.c -g -pg
292 @end example
293
294 Note: The @samp{-pg} option must be part of your compilation options
295 as well as your link options.  If it is not then no call-graph data
296 will be gathered and when you run @code{gprof} you will get an error
297 message like this:
298
299 @example
300 gprof: gmon.out file is missing call-graph data
301 @end example
302
303 If you add the @samp{-Q} switch to suppress the printing of the call
304 graph data you will still be able to see the time samples:
305
306 @example
307 Flat profile:
308
309 Each sample counts as 0.01 seconds.
310   %   cumulative   self              self     total           
311  time   seconds   seconds    calls  Ts/call  Ts/call  name    
312  44.12      0.07     0.07                             zazLoop
313  35.29      0.14     0.06                             main
314  20.59      0.17     0.04                             bazMillion
315 @end example
316
317 If you run the linker @code{ld} directly instead of through a compiler
318 such as @code{cc}, you may have to specify a profiling startup file
319 @file{gcrt0.o} as the first input file instead of the usual startup
320 file @file{crt0.o}.  In addition, you would probably want to
321 specify the profiling C library, @file{libc_p.a}, by writing
322 @samp{-lc_p} instead of the usual @samp{-lc}.  This is not absolutely
323 necessary, but doing this gives you number-of-calls information for
324 standard library functions such as @code{read} and @code{open}.  For
325 example:
326
327 @example
328 ld -o myprog /lib/gcrt0.o myprog.o utils.o -lc_p
329 @end example
330
331 If you are running the program on a system which supports shared
332 libraries you may run into problems with the profiling support code in
333 a shared library being called before that library has been fully
334 initialised.  This is usually detected by the program encountering a
335 segmentation fault as soon as it is run.  The solution is to link
336 against a static version of the library containing the profiling
337 support code, which for @code{gcc} users can be done via the
338 @samp{-static} or @samp{-static-libgcc} command line option.  For
339 example:
340
341 @example
342 gcc -g -pg -static-libgcc myprog.c utils.c -o myprog
343 @end example
344
345 If you compile only some of the modules of the program with @samp{-pg}, you
346 can still profile the program, but you won't get complete information about
347 the modules that were compiled without @samp{-pg}.  The only information
348 you get for the functions in those modules is the total time spent in them;
349 there is no record of how many times they were called, or from where.  This
350 will not affect the flat profile (except that the @code{calls} field for
351 the functions will be blank), but will greatly reduce the usefulness of the
352 call graph.
353
354 If you wish to perform line-by-line profiling you should use the
355 @code{gcov} tool instead of @code{gprof}.  See that tool's manual or
356 info pages for more details of how to do this.
357
358 Note, older versions of @code{gcc} produce line-by-line profiling
359 information that works with @code{gprof} rather than @code{gcov} so
360 there is still support for displaying this kind of information in
361 @code{gprof}. @xref{Line-by-line, ,Line-by-line Profiling}.
362
363 It also worth noting that @code{gcc} implements a
364 @samp{-finstrument-functions} command line option which will insert
365 calls to special user supplied instrumentation routines at the entry
366 and exit of every function in their program.  This can be used to
367 implement an alternative profiling scheme.
368
369 @node Executing
370 @chapter Executing the Program
371
372 Once the program is compiled for profiling, you must run it in order to
373 generate the information that @code{gprof} needs.  Simply run the program
374 as usual, using the normal arguments, file names, etc.  The program should
375 run normally, producing the same output as usual.  It will, however, run
376 somewhat slower than normal because of the time spent collecting and
377 writing the profile data.
378
379 The way you run the program---the arguments and input that you give
380 it---may have a dramatic effect on what the profile information shows.  The
381 profile data will describe the parts of the program that were activated for
382 the particular input you use.  For example, if the first command you give
383 to your program is to quit, the profile data will show the time used in
384 initialization and in cleanup, but not much else.
385
386 Your program will write the profile data into a file called @file{gmon.out}
387 just before exiting.  If there is already a file called @file{gmon.out},
388 its contents are overwritten.  There is currently no way to tell the
389 program to write the profile data under a different name, but you can rename
390 the file afterwards if you are concerned that it may be overwritten.
391
392 In order to write the @file{gmon.out} file properly, your program must exit
393 normally: by returning from @code{main} or by calling @code{exit}.  Calling
394 the low-level function @code{_exit} does not write the profile data, and
395 neither does abnormal termination due to an unhandled signal.
396
397 The @file{gmon.out} file is written in the program's @emph{current working
398 directory} at the time it exits.  This means that if your program calls
399 @code{chdir}, the @file{gmon.out} file will be left in the last directory
400 your program @code{chdir}'d to.  If you don't have permission to write in
401 this directory, the file is not written, and you will get an error message.
402
403 Older versions of the @sc{gnu} profiling library may also write a file
404 called @file{bb.out}.  This file, if present, contains an human-readable
405 listing of the basic-block execution counts.  Unfortunately, the
406 appearance of a human-readable @file{bb.out} means the basic-block
407 counts didn't get written into @file{gmon.out}.
408 The Perl script @code{bbconv.pl}, included with the @code{gprof}
409 source distribution, will convert a @file{bb.out} file into
410 a format readable by @code{gprof}.  Invoke it like this:
411
412 @smallexample
413 bbconv.pl < bb.out > @var{bh-data}
414 @end smallexample
415
416 This translates the information in @file{bb.out} into a form that
417 @code{gprof} can understand.  But you still need to tell @code{gprof}
418 about the existence of this translated information.  To do that, include
419 @var{bb-data} on the @code{gprof} command line, @emph{along with
420 @file{gmon.out}}, like this:
421
422 @smallexample
423 gprof @var{options} @var{executable-file} gmon.out @var{bb-data} [@var{yet-more-profile-data-files}@dots{}] [> @var{outfile}]
424 @end smallexample
425
426 @node Invoking
427 @chapter @code{gprof} Command Summary
428
429 After you have a profile data file @file{gmon.out}, you can run @code{gprof}
430 to interpret the information in it.  The @code{gprof} program prints a
431 flat profile and a call graph on standard output.  Typically you would
432 redirect the output of @code{gprof} into a file with @samp{>}.
433
434 You run @code{gprof} like this:
435
436 @smallexample
437 gprof @var{options} [@var{executable-file} [@var{profile-data-files}@dots{}]] [> @var{outfile}]
438 @end smallexample
439
440 @noindent
441 Here square-brackets indicate optional arguments.
442
443 If you omit the executable file name, the file @file{a.out} is used.  If
444 you give no profile data file name, the file @file{gmon.out} is used.  If
445 any file is not in the proper format, or if the profile data file does not
446 appear to belong to the executable file, an error message is printed.
447
448 You can give more than one profile data file by entering all their names
449 after the executable file name; then the statistics in all the data files
450 are summed together.
451
452 The order of these options does not matter.
453
454 @menu
455 * Output Options::      Controlling @code{gprof}'s output style
456 * Analysis Options::    Controlling how @code{gprof} analyzes its data
457 * Miscellaneous Options::
458 * Deprecated Options::  Options you no longer need to use, but which
459                             have been retained for compatibility
460 * Symspecs::            Specifying functions to include or exclude
461 @end menu
462
463 @node Output Options
464 @section Output Options
465
466 @c man begin OPTIONS
467 These options specify which of several output formats
468 @code{gprof} should produce.
469
470 Many of these options take an optional @dfn{symspec} to specify
471 functions to be included or excluded.  These options can be
472 specified multiple times, with different symspecs, to include
473 or exclude sets of symbols.  @xref{Symspecs, ,Symspecs}.
474
475 Specifying any of these options overrides the default (@samp{-p -q}),
476 which prints a flat profile and call graph analysis
477 for all functions.
478
479 @table @code
480
481 @item -A[@var{symspec}]
482 @itemx --annotated-source[=@var{symspec}]
483 The @samp{-A} option causes @code{gprof} to print annotated source code.
484 If @var{symspec} is specified, print output only for matching symbols.
485 @xref{Annotated Source, ,The Annotated Source Listing}.
486
487 @item -b
488 @itemx --brief
489 If the @samp{-b} option is given, @code{gprof} doesn't print the
490 verbose blurbs that try to explain the meaning of all of the fields in
491 the tables.  This is useful if you intend to print out the output, or
492 are tired of seeing the blurbs.
493
494 @item -C[@var{symspec}]
495 @itemx --exec-counts[=@var{symspec}]
496 The @samp{-C} option causes @code{gprof} to
497 print a tally of functions and the number of times each was called.
498 If @var{symspec} is specified, print tally only for matching symbols.
499
500 If the profile data file contains basic-block count records, specifying
501 the @samp{-l} option, along with @samp{-C}, will cause basic-block
502 execution counts to be tallied and displayed.
503
504 @item -i
505 @itemx --file-info
506 The @samp{-i} option causes @code{gprof} to display summary information
507 about the profile data file(s) and then exit.  The number of histogram,
508 call graph, and basic-block count records is displayed.
509
510 @item -I @var{dirs}
511 @itemx --directory-path=@var{dirs}
512 The @samp{-I} option specifies a list of search directories in
513 which to find source files.  Environment variable @var{GPROF_PATH}
514 can also be used to convey this information.
515 Used mostly for annotated source output.
516
517 @item -J[@var{symspec}]
518 @itemx --no-annotated-source[=@var{symspec}]
519 The @samp{-J} option causes @code{gprof} not to
520 print annotated source code.
521 If @var{symspec} is specified, @code{gprof} prints annotated source,
522 but excludes matching symbols.
523
524 @item -L
525 @itemx --print-path
526 Normally, source filenames are printed with the path
527 component suppressed.  The @samp{-L} option causes @code{gprof}
528 to print the full pathname of
529 source filenames, which is determined
530 from symbolic debugging information in the image file
531 and is relative to the directory in which the compiler
532 was invoked.
533
534 @item -p[@var{symspec}]
535 @itemx --flat-profile[=@var{symspec}]
536 The @samp{-p} option causes @code{gprof} to print a flat profile.
537 If @var{symspec} is specified, print flat profile only for matching symbols.
538 @xref{Flat Profile, ,The Flat Profile}.
539
540 @item -P[@var{symspec}]
541 @itemx --no-flat-profile[=@var{symspec}]
542 The @samp{-P} option causes @code{gprof} to suppress printing a flat profile.
543 If @var{symspec} is specified, @code{gprof} prints a flat profile,
544 but excludes matching symbols.
545
546 @item -q[@var{symspec}]
547 @itemx --graph[=@var{symspec}]
548 The @samp{-q} option causes @code{gprof} to print the call graph analysis.
549 If @var{symspec} is specified, print call graph only for matching symbols
550 and their children.
551 @xref{Call Graph, ,The Call Graph}.
552
553 @item -Q[@var{symspec}]
554 @itemx --no-graph[=@var{symspec}]
555 The @samp{-Q} option causes @code{gprof} to suppress printing the
556 call graph.
557 If @var{symspec} is specified, @code{gprof} prints a call graph,
558 but excludes matching symbols.
559
560 @item -t
561 @itemx --table-length=@var{num}
562 The @samp{-t} option causes the @var{num} most active source lines in
563 each source file to be listed when source annotation is enabled.  The
564 default is 10.
565
566 @item -y
567 @itemx --separate-files
568 This option affects annotated source output only.
569 Normally, @code{gprof} prints annotated source files
570 to standard-output.  If this option is specified,
571 annotated source for a file named @file{path/@var{filename}}
572 is generated in the file @file{@var{filename}-ann}.  If the underlying
573 file system would truncate @file{@var{filename}-ann} so that it
574 overwrites the original @file{@var{filename}}, @code{gprof} generates
575 annotated source in the file @file{@var{filename}.ann} instead (if the
576 original file name has an extension, that extension is @emph{replaced}
577 with @file{.ann}).
578
579 @item -Z[@var{symspec}]
580 @itemx --no-exec-counts[=@var{symspec}]
581 The @samp{-Z} option causes @code{gprof} not to
582 print a tally of functions and the number of times each was called.
583 If @var{symspec} is specified, print tally, but exclude matching symbols.
584
585 @item -r
586 @itemx --function-ordering
587 The @samp{--function-ordering} option causes @code{gprof} to print a
588 suggested function ordering for the program based on profiling data.
589 This option suggests an ordering which may improve paging, tlb and
590 cache behavior for the program on systems which support arbitrary
591 ordering of functions in an executable.
592
593 The exact details of how to force the linker to place functions
594 in a particular order is system dependent and out of the scope of this
595 manual.
596
597 @item -R @var{map_file}
598 @itemx --file-ordering @var{map_file}
599 The @samp{--file-ordering} option causes @code{gprof} to print a
600 suggested .o link line ordering for the program based on profiling data.
601 This option suggests an ordering which may improve paging, tlb and
602 cache behavior for the program on systems which do not support arbitrary
603 ordering of functions in an executable.
604
605 Use of the @samp{-a} argument is highly recommended with this option.
606
607 The @var{map_file} argument is a pathname to a file which provides
608 function name to object file mappings.  The format of the file is similar to
609 the output of the program @code{nm}.
610
611 @smallexample
612 @group
613 c-parse.o:00000000 T yyparse
614 c-parse.o:00000004 C yyerrflag
615 c-lang.o:00000000 T maybe_objc_method_name
616 c-lang.o:00000000 T print_lang_statistics
617 c-lang.o:00000000 T recognize_objc_keyword
618 c-decl.o:00000000 T print_lang_identifier
619 c-decl.o:00000000 T print_lang_type
620 @dots{}
621
622 @end group
623 @end smallexample
624
625 To create a @var{map_file} with @sc{gnu} @code{nm}, type a command like
626 @kbd{nm --extern-only --defined-only -v --print-file-name program-name}.
627
628 @item -T
629 @itemx --traditional
630 The @samp{-T} option causes @code{gprof} to print its output in
631 ``traditional'' BSD style.
632
633 @item -w @var{width}
634 @itemx --width=@var{width}
635 Sets width of output lines to @var{width}.
636 Currently only used when printing the function index at the bottom
637 of the call graph.
638
639 @item -x
640 @itemx --all-lines
641 This option affects annotated source output only.
642 By default, only the lines at the beginning of a basic-block
643 are annotated.  If this option is specified, every line in
644 a basic-block is annotated by repeating the annotation for the
645 first line.  This behavior is similar to @code{tcov}'s @samp{-a}.
646
647 @item --demangle[=@var{style}]
648 @itemx --no-demangle
649 These options control whether C++ symbol names should be demangled when
650 printing output.  The default is to demangle symbols.  The
651 @code{--no-demangle} option may be used to turn off demangling. Different 
652 compilers have different mangling styles.  The optional demangling style 
653 argument can be used to choose an appropriate demangling style for your 
654 compiler.
655 @end table
656
657 @node Analysis Options
658 @section Analysis Options
659
660 @table @code
661
662 @item -a
663 @itemx --no-static
664 The @samp{-a} option causes @code{gprof} to suppress the printing of
665 statically declared (private) functions.  (These are functions whose
666 names are not listed as global, and which are not visible outside the
667 file/function/block where they were defined.)  Time spent in these
668 functions, calls to/from them, etc., will all be attributed to the
669 function that was loaded directly before it in the executable file.
670 @c This is compatible with Unix @code{gprof}, but a bad idea.  
671 This option affects both the flat profile and the call graph.
672
673 @item -c
674 @itemx --static-call-graph
675 The @samp{-c} option causes the call graph of the program to be
676 augmented by a heuristic which examines the text space of the object
677 file and identifies function calls in the binary machine code.
678 Since normal call graph records are only generated when functions are
679 entered, this option identifies children that could have been called,
680 but never were.  Calls to functions that were not compiled with
681 profiling enabled are also identified, but only if symbol table
682 entries are present for them.
683 Calls to dynamic library routines are typically @emph{not} found
684 by this option.
685 Parents or children identified via this heuristic
686 are indicated in the call graph with call counts of @samp{0}.
687
688 @item -D
689 @itemx --ignore-non-functions
690 The @samp{-D} option causes @code{gprof} to ignore symbols which
691 are not known to be functions.  This option will give more accurate
692 profile data on systems where it is supported (Solaris and HPUX for
693 example).
694
695 @item -k @var{from}/@var{to}
696 The @samp{-k} option allows you to delete from the call graph any arcs from
697 symbols matching symspec @var{from} to those matching symspec @var{to}.
698
699 @item -l
700 @itemx --line
701 The @samp{-l} option enables line-by-line profiling, which causes
702 histogram hits to be charged to individual source code lines,
703 instead of functions.  This feature only works with programs compiled
704 by older versions of the @code{gcc} compiler.  Newer versions of
705 @code{gcc} are designed to work with the @code{gcov} tool instead.
706
707 If the program was compiled with basic-block counting enabled,
708 this option will also identify how many times each line of
709 code was executed.
710 While line-by-line profiling can help isolate where in a large function
711 a program is spending its time, it also significantly increases
712 the running time of @code{gprof}, and magnifies statistical
713 inaccuracies.
714 @xref{Sampling Error, ,Statistical Sampling Error}.
715
716 @item -m @var{num}
717 @itemx --min-count=@var{num}
718 This option affects execution count output only.
719 Symbols that are executed less than @var{num} times are suppressed.
720
721 @item -n@var{symspec}
722 @itemx --time=@var{symspec}
723 The @samp{-n} option causes @code{gprof}, in its call graph analysis,
724 to only propagate times for symbols matching @var{symspec}.
725
726 @item -N@var{symspec}
727 @itemx --no-time=@var{symspec}
728 The @samp{-n} option causes @code{gprof}, in its call graph analysis,
729 not to propagate times for symbols matching @var{symspec}.
730
731 @item -S@var{filename}
732 @itemx --external-symbol-table=@var{filename}
733 The @samp{-S} option causes @code{gprof} to read an external symbol table
734 file, such as @file{/proc/kallsyms}, rather than read the symbol table 
735 from the given object file (the default is @code{a.out}). This is useful 
736 for profiling kernel modules.
737
738 @item -z
739 @itemx --display-unused-functions
740 If you give the @samp{-z} option, @code{gprof} will mention all
741 functions in the flat profile, even those that were never called, and
742 that had no time spent in them.  This is useful in conjunction with the
743 @samp{-c} option for discovering which routines were never called.
744
745 @end table
746
747 @node Miscellaneous Options
748 @section Miscellaneous Options
749
750 @table @code
751
752 @item -d[@var{num}]
753 @itemx --debug[=@var{num}]
754 The @samp{-d @var{num}} option specifies debugging options.
755 If @var{num} is not specified, enable all debugging.
756 @xref{Debugging, ,Debugging @code{gprof}}.
757
758 @item -h
759 @itemx --help
760 The @samp{-h} option prints command line usage.
761
762 @item -O@var{name}
763 @itemx --file-format=@var{name}
764 Selects the format of the profile data files.  Recognized formats are
765 @samp{auto} (the default), @samp{bsd}, @samp{4.4bsd}, @samp{magic}, and
766 @samp{prof} (not yet supported).
767
768 @item -s
769 @itemx --sum
770 The @samp{-s} option causes @code{gprof} to summarize the information
771 in the profile data files it read in, and write out a profile data
772 file called @file{gmon.sum}, which contains all the information from
773 the profile data files that @code{gprof} read in.  The file @file{gmon.sum}
774 may be one of the specified input files; the effect of this is to
775 merge the data in the other input files into @file{gmon.sum}.
776
777 Eventually you can run @code{gprof} again without @samp{-s} to analyze the
778 cumulative data in the file @file{gmon.sum}.
779
780 @item -v
781 @itemx --version
782 The @samp{-v} flag causes @code{gprof} to print the current version
783 number, and then exit.
784
785 @end table
786
787 @node Deprecated Options
788 @section Deprecated Options
789
790 @table @code
791
792 These options have been replaced with newer versions that use symspecs.
793
794 @item -e @var{function_name}
795 The @samp{-e @var{function}} option tells @code{gprof} to not print
796 information about the function @var{function_name} (and its
797 children@dots{}) in the call graph.  The function will still be listed
798 as a child of any functions that call it, but its index number will be
799 shown as @samp{[not printed]}.  More than one @samp{-e} option may be
800 given; only one @var{function_name} may be indicated with each @samp{-e}
801 option. 
802
803 @item -E @var{function_name}
804 The @code{-E @var{function}} option works like the @code{-e} option, but
805 time spent in the function (and children who were not called from
806 anywhere else), will not be used to compute the percentages-of-time for
807 the call graph.  More than one @samp{-E} option may be given; only one
808 @var{function_name} may be indicated with each @samp{-E} option.
809
810 @item -f @var{function_name}
811 The @samp{-f @var{function}} option causes @code{gprof} to limit the
812 call graph to the function @var{function_name} and its children (and
813 their children@dots{}).  More than one @samp{-f} option may be given;
814 only one @var{function_name} may be indicated with each @samp{-f}
815 option.  
816
817 @item -F @var{function_name}
818 The @samp{-F @var{function}} option works like the @code{-f} option, but
819 only time spent in the function and its children (and their
820 children@dots{}) will be used to determine total-time and
821 percentages-of-time for the call graph.  More than one @samp{-F} option
822 may be given; only one @var{function_name} may be indicated with each
823 @samp{-F} option.  The @samp{-F} option overrides the @samp{-E} option.
824
825 @end table
826
827 @c man end
828
829 Note that only one function can be specified with each @code{-e},
830 @code{-E}, @code{-f} or @code{-F} option.  To specify more than one
831 function, use multiple options.  For example, this command:
832
833 @example
834 gprof -e boring -f foo -f bar myprogram > gprof.output
835 @end example
836
837 @noindent
838 lists in the call graph all functions that were reached from either
839 @code{foo} or @code{bar} and were not reachable from @code{boring}.
840
841 @node Symspecs
842 @section Symspecs
843
844 Many of the output options allow functions to be included or excluded
845 using @dfn{symspecs} (symbol specifications), which observe the
846 following syntax:
847
848 @example
849   filename_containing_a_dot
850 | funcname_not_containing_a_dot
851 | linenumber
852 | ( [ any_filename ] `:' ( any_funcname | linenumber ) )
853 @end example
854
855 Here are some sample symspecs:
856
857 @table @samp
858 @item main.c
859 Selects everything in file @file{main.c}---the
860 dot in the string tells @code{gprof} to interpret
861 the string as a filename, rather than as
862 a function name.  To select a file whose
863 name does not contain a dot, a trailing colon
864 should be specified.  For example, @samp{odd:} is
865 interpreted as the file named @file{odd}.
866
867 @item main
868 Selects all functions named @samp{main}.
869
870 Note that there may be multiple instances of the same function name
871 because some of the definitions may be local (i.e., static).  Unless a
872 function name is unique in a program, you must use the colon notation
873 explained below to specify a function from a specific source file.
874
875 Sometimes, function names contain dots.  In such cases, it is necessary
876 to add a leading colon to the name.  For example, @samp{:.mul} selects
877 function @samp{.mul}.
878
879 In some object file formats, symbols have a leading underscore.
880 @code{gprof} will normally not print these underscores.  When you name a
881 symbol in a symspec, you should type it exactly as @code{gprof} prints
882 it in its output.  For example, if the compiler produces a symbol
883 @samp{_main} from your @code{main} function, @code{gprof} still prints
884 it as @samp{main} in its output, so you should use @samp{main} in
885 symspecs.
886
887 @item main.c:main
888 Selects function @samp{main} in file @file{main.c}.
889
890 @item main.c:134
891 Selects line 134 in file @file{main.c}.
892 @end table
893
894 @node Output
895 @chapter Interpreting @code{gprof}'s Output
896
897 @code{gprof} can produce several different output styles, the
898 most important of which are described below.  The simplest output
899 styles (file information, execution count, and function and file ordering)
900 are not described here, but are documented with the respective options
901 that trigger them.
902 @xref{Output Options, ,Output Options}.
903
904 @menu
905 * Flat Profile::        The flat profile shows how much time was spent
906                             executing directly in each function.
907 * Call Graph::          The call graph shows which functions called which
908                             others, and how much time each function used
909                             when its subroutine calls are included.
910 * Line-by-line::        @code{gprof} can analyze individual source code lines
911 * Annotated Source::    The annotated source listing displays source code
912                             labeled with execution counts
913 @end menu
914
915
916 @node Flat Profile
917 @section The Flat Profile
918 @cindex flat profile
919
920 The @dfn{flat profile} shows the total amount of time your program
921 spent executing each function.  Unless the @samp{-z} option is given,
922 functions with no apparent time spent in them, and no apparent calls
923 to them, are not mentioned.  Note that if a function was not compiled
924 for profiling, and didn't run long enough to show up on the program
925 counter histogram, it will be indistinguishable from a function that
926 was never called.
927
928 This is part of a flat profile for a small program:
929
930 @smallexample
931 @group
932 Flat profile:
933
934 Each sample counts as 0.01 seconds.
935   %   cumulative   self              self     total           
936  time   seconds   seconds    calls  ms/call  ms/call  name    
937  33.34      0.02     0.02     7208     0.00     0.00  open
938  16.67      0.03     0.01      244     0.04     0.12  offtime
939  16.67      0.04     0.01        8     1.25     1.25  memccpy
940  16.67      0.05     0.01        7     1.43     1.43  write
941  16.67      0.06     0.01                             mcount
942   0.00      0.06     0.00      236     0.00     0.00  tzset
943   0.00      0.06     0.00      192     0.00     0.00  tolower
944   0.00      0.06     0.00       47     0.00     0.00  strlen
945   0.00      0.06     0.00       45     0.00     0.00  strchr
946   0.00      0.06     0.00        1     0.00    50.00  main
947   0.00      0.06     0.00        1     0.00     0.00  memcpy
948   0.00      0.06     0.00        1     0.00    10.11  print
949   0.00      0.06     0.00        1     0.00     0.00  profil
950   0.00      0.06     0.00        1     0.00    50.00  report
951 @dots{}
952 @end group
953 @end smallexample
954
955 @noindent
956 The functions are sorted first by decreasing run-time spent in them,
957 then by decreasing number of calls, then alphabetically by name.  The
958 functions @samp{mcount} and @samp{profil} are part of the profiling
959 apparatus and appear in every flat profile; their time gives a measure of
960 the amount of overhead due to profiling.
961
962 Just before the column headers, a statement appears indicating
963 how much time each sample counted as.
964 This @dfn{sampling period} estimates the margin of error in each of the time
965 figures.  A time figure that is not much larger than this is not
966 reliable.  In this example, each sample counted as 0.01 seconds,
967 suggesting a 100 Hz sampling rate.
968 The program's total execution time was 0.06
969 seconds, as indicated by the @samp{cumulative seconds} field.  Since
970 each sample counted for 0.01 seconds, this means only six samples
971 were taken during the run.  Two of the samples occurred while the
972 program was in the @samp{open} function, as indicated by the
973 @samp{self seconds} field.  Each of the other four samples
974 occurred one each in @samp{offtime}, @samp{memccpy}, @samp{write},
975 and @samp{mcount}.
976 Since only six samples were taken, none of these values can
977 be regarded as particularly reliable.
978 In another run,
979 the @samp{self seconds} field for
980 @samp{mcount} might well be @samp{0.00} or @samp{0.02}.
981 @xref{Sampling Error, ,Statistical Sampling Error},
982 for a complete discussion.
983
984 The remaining functions in the listing (those whose
985 @samp{self seconds} field is @samp{0.00}) didn't appear
986 in the histogram samples at all.  However, the call graph
987 indicated that they were called, so therefore they are listed,
988 sorted in decreasing order by the @samp{calls} field.
989 Clearly some time was spent executing these functions,
990 but the paucity of histogram samples prevents any
991 determination of how much time each took.
992
993 Here is what the fields in each line mean:
994
995 @table @code
996 @item % time
997 This is the percentage of the total execution time your program spent
998 in this function.  These should all add up to 100%.
999
1000 @item cumulative seconds
1001 This is the cumulative total number of seconds the computer spent
1002 executing this functions, plus the time spent in all the functions
1003 above this one in this table.
1004
1005 @item self seconds
1006 This is the number of seconds accounted for by this function alone.
1007 The flat profile listing is sorted first by this number.
1008
1009 @item calls
1010 This is the total number of times the function was called.  If the
1011 function was never called, or the number of times it was called cannot
1012 be determined (probably because the function was not compiled with
1013 profiling enabled), the @dfn{calls} field is blank.
1014
1015 @item self ms/call
1016 This represents the average number of milliseconds spent in this
1017 function per call, if this function is profiled.  Otherwise, this field
1018 is blank for this function.
1019
1020 @item total ms/call
1021 This represents the average number of milliseconds spent in this
1022 function and its descendants per call, if this function is profiled.
1023 Otherwise, this field is blank for this function.
1024 This is the only field in the flat profile that uses call graph analysis.
1025
1026 @item name
1027 This is the name of the function.   The flat profile is sorted by this
1028 field alphabetically after the @dfn{self seconds} and @dfn{calls}
1029 fields are sorted.
1030 @end table
1031
1032 @node Call Graph
1033 @section The Call Graph
1034 @cindex call graph
1035
1036 The @dfn{call graph} shows how much time was spent in each function
1037 and its children.  From this information, you can find functions that,
1038 while they themselves may not have used much time, called other
1039 functions that did use unusual amounts of time.
1040
1041 Here is a sample call from a small program.  This call came from the
1042 same @code{gprof} run as the flat profile example in the previous
1043 section.
1044
1045 @smallexample
1046 @group
1047 granularity: each sample hit covers 2 byte(s) for 20.00% of 0.05 seconds
1048
1049 index % time    self  children    called     name
1050                                                  <spontaneous>
1051 [1]    100.0    0.00    0.05                 start [1]
1052                 0.00    0.05       1/1           main [2]
1053                 0.00    0.00       1/2           on_exit [28]
1054                 0.00    0.00       1/1           exit [59]
1055 -----------------------------------------------
1056                 0.00    0.05       1/1           start [1]
1057 [2]    100.0    0.00    0.05       1         main [2]
1058                 0.00    0.05       1/1           report [3]
1059 -----------------------------------------------
1060                 0.00    0.05       1/1           main [2]
1061 [3]    100.0    0.00    0.05       1         report [3]
1062                 0.00    0.03       8/8           timelocal [6]
1063                 0.00    0.01       1/1           print [9]
1064                 0.00    0.01       9/9           fgets [12]
1065                 0.00    0.00      12/34          strncmp <cycle 1> [40]
1066                 0.00    0.00       8/8           lookup [20]
1067                 0.00    0.00       1/1           fopen [21]
1068                 0.00    0.00       8/8           chewtime [24]
1069                 0.00    0.00       8/16          skipspace [44]
1070 -----------------------------------------------
1071 [4]     59.8    0.01        0.02       8+472     <cycle 2 as a whole> [4]
1072                 0.01        0.02     244+260         offtime <cycle 2> [7]
1073                 0.00        0.00     236+1           tzset <cycle 2> [26]
1074 -----------------------------------------------
1075 @end group
1076 @end smallexample
1077
1078 The lines full of dashes divide this table into @dfn{entries}, one for each
1079 function.  Each entry has one or more lines.
1080
1081 In each entry, the primary line is the one that starts with an index number
1082 in square brackets.  The end of this line says which function the entry is
1083 for.  The preceding lines in the entry describe the callers of this
1084 function and the following lines describe its subroutines (also called
1085 @dfn{children} when we speak of the call graph).
1086
1087 The entries are sorted by time spent in the function and its subroutines.
1088
1089 The internal profiling function @code{mcount} (@pxref{Flat Profile, ,The 
1090 Flat Profile}) is never mentioned in the call graph.
1091
1092 @menu
1093 * Primary::       Details of the primary line's contents.
1094 * Callers::       Details of caller-lines' contents.
1095 * Subroutines::   Details of subroutine-lines' contents.
1096 * Cycles::        When there are cycles of recursion,
1097                    such as @code{a} calls @code{b} calls @code{a}@dots{}
1098 @end menu
1099
1100 @node Primary
1101 @subsection The Primary Line
1102
1103 The @dfn{primary line} in a call graph entry is the line that
1104 describes the function which the entry is about and gives the overall
1105 statistics for this function.
1106
1107 For reference, we repeat the primary line from the entry for function
1108 @code{report} in our main example, together with the heading line that
1109 shows the names of the fields:
1110
1111 @smallexample
1112 @group
1113 index  % time    self  children called     name
1114 @dots{}
1115 [3]    100.0    0.00    0.05       1         report [3]
1116 @end group
1117 @end smallexample
1118
1119 Here is what the fields in the primary line mean:
1120
1121 @table @code
1122 @item index
1123 Entries are numbered with consecutive integers.  Each function
1124 therefore has an index number, which appears at the beginning of its
1125 primary line.
1126
1127 Each cross-reference to a function, as a caller or subroutine of
1128 another, gives its index number as well as its name.  The index number
1129 guides you if you wish to look for the entry for that function.
1130
1131 @item % time
1132 This is the percentage of the total time that was spent in this
1133 function, including time spent in subroutines called from this
1134 function.
1135
1136 The time spent in this function is counted again for the callers of
1137 this function.  Therefore, adding up these percentages is meaningless.
1138
1139 @item self
1140 This is the total amount of time spent in this function.  This
1141 should be identical to the number printed in the @code{seconds} field
1142 for this function in the flat profile.
1143
1144 @item children
1145 This is the total amount of time spent in the subroutine calls made by
1146 this function.  This should be equal to the sum of all the @code{self}
1147 and @code{children} entries of the children listed directly below this
1148 function.
1149
1150 @item called
1151 This is the number of times the function was called.
1152
1153 If the function called itself recursively, there are two numbers,
1154 separated by a @samp{+}.  The first number counts non-recursive calls,
1155 and the second counts recursive calls.
1156
1157 In the example above, the function @code{report} was called once from
1158 @code{main}.
1159
1160 @item name
1161 This is the name of the current function.  The index number is
1162 repeated after it.
1163
1164 If the function is part of a cycle of recursion, the cycle number is
1165 printed between the function's name and the index number
1166 (@pxref{Cycles, ,How Mutually Recursive Functions Are Described}).
1167 For example, if function @code{gnurr} is part of
1168 cycle number one, and has index number twelve, its primary line would
1169 be end like this:
1170
1171 @example
1172 gnurr <cycle 1> [12]
1173 @end example
1174 @end table
1175
1176 @node Callers
1177 @subsection Lines for a Function's Callers
1178
1179 A function's entry has a line for each function it was called by.
1180 These lines' fields correspond to the fields of the primary line, but
1181 their meanings are different because of the difference in context.
1182
1183 For reference, we repeat two lines from the entry for the function
1184 @code{report}, the primary line and one caller-line preceding it, together
1185 with the heading line that shows the names of the fields:
1186
1187 @smallexample
1188 index  % time    self  children called     name
1189 @dots{}
1190                 0.00    0.05       1/1           main [2]
1191 [3]    100.0    0.00    0.05       1         report [3]
1192 @end smallexample
1193
1194 Here are the meanings of the fields in the caller-line for @code{report}
1195 called from @code{main}:
1196
1197 @table @code
1198 @item self
1199 An estimate of the amount of time spent in @code{report} itself when it was
1200 called from @code{main}.
1201
1202 @item children
1203 An estimate of the amount of time spent in subroutines of @code{report}
1204 when @code{report} was called from @code{main}.
1205
1206 The sum of the @code{self} and @code{children} fields is an estimate
1207 of the amount of time spent within calls to @code{report} from @code{main}.
1208
1209 @item called
1210 Two numbers: the number of times @code{report} was called from @code{main},
1211 followed by the total number of non-recursive calls to @code{report} from
1212 all its callers.
1213
1214 @item name and index number
1215 The name of the caller of @code{report} to which this line applies,
1216 followed by the caller's index number.
1217
1218 Not all functions have entries in the call graph; some
1219 options to @code{gprof} request the omission of certain functions.
1220 When a caller has no entry of its own, it still has caller-lines
1221 in the entries of the functions it calls.
1222
1223 If the caller is part of a recursion cycle, the cycle number is
1224 printed between the name and the index number.
1225 @end table
1226
1227 If the identity of the callers of a function cannot be determined, a
1228 dummy caller-line is printed which has @samp{<spontaneous>} as the
1229 ``caller's name'' and all other fields blank.  This can happen for
1230 signal handlers.
1231 @c What if some calls have determinable callers' names but not all?
1232 @c FIXME - still relevant?
1233
1234 @node Subroutines
1235 @subsection Lines for a Function's Subroutines
1236
1237 A function's entry has a line for each of its subroutines---in other
1238 words, a line for each other function that it called.  These lines'
1239 fields correspond to the fields of the primary line, but their meanings
1240 are different because of the difference in context.
1241
1242 For reference, we repeat two lines from the entry for the function
1243 @code{main}, the primary line and a line for a subroutine, together
1244 with the heading line that shows the names of the fields:
1245
1246 @smallexample
1247 index  % time    self  children called     name
1248 @dots{}
1249 [2]    100.0    0.00    0.05       1         main [2]
1250                 0.00    0.05       1/1           report [3]
1251 @end smallexample
1252
1253 Here are the meanings of the fields in the subroutine-line for @code{main}
1254 calling @code{report}:
1255
1256 @table @code
1257 @item self
1258 An estimate of the amount of time spent directly within @code{report}
1259 when @code{report} was called from @code{main}.
1260
1261 @item children
1262 An estimate of the amount of time spent in subroutines of @code{report}
1263 when @code{report} was called from @code{main}.
1264
1265 The sum of the @code{self} and @code{children} fields is an estimate
1266 of the total time spent in calls to @code{report} from @code{main}.
1267
1268 @item called
1269 Two numbers, the number of calls to @code{report} from @code{main}
1270 followed by the total number of non-recursive calls to @code{report}.
1271 This ratio is used to determine how much of @code{report}'s @code{self}
1272 and @code{children} time gets credited to @code{main}.
1273 @xref{Assumptions, ,Estimating @code{children} Times}.
1274
1275 @item name
1276 The name of the subroutine of @code{main} to which this line applies,
1277 followed by the subroutine's index number.
1278
1279 If the caller is part of a recursion cycle, the cycle number is
1280 printed between the name and the index number.
1281 @end table
1282
1283 @node Cycles
1284 @subsection How Mutually Recursive Functions Are Described
1285 @cindex cycle
1286 @cindex recursion cycle
1287
1288 The graph may be complicated by the presence of @dfn{cycles of
1289 recursion} in the call graph.  A cycle exists if a function calls
1290 another function that (directly or indirectly) calls (or appears to
1291 call) the original function.  For example: if @code{a} calls @code{b},
1292 and @code{b} calls @code{a}, then @code{a} and @code{b} form a cycle.
1293
1294 Whenever there are call paths both ways between a pair of functions, they
1295 belong to the same cycle.  If @code{a} and @code{b} call each other and
1296 @code{b} and @code{c} call each other, all three make one cycle.  Note that
1297 even if @code{b} only calls @code{a} if it was not called from @code{a},
1298 @code{gprof} cannot determine this, so @code{a} and @code{b} are still
1299 considered a cycle.
1300
1301 The cycles are numbered with consecutive integers.  When a function
1302 belongs to a cycle, each time the function name appears in the call graph
1303 it is followed by @samp{<cycle @var{number}>}.
1304
1305 The reason cycles matter is that they make the time values in the call
1306 graph paradoxical.  The ``time spent in children'' of @code{a} should
1307 include the time spent in its subroutine @code{b} and in @code{b}'s
1308 subroutines---but one of @code{b}'s subroutines is @code{a}!  How much of
1309 @code{a}'s time should be included in the children of @code{a}, when
1310 @code{a} is indirectly recursive?
1311
1312 The way @code{gprof} resolves this paradox is by creating a single entry
1313 for the cycle as a whole.  The primary line of this entry describes the
1314 total time spent directly in the functions of the cycle.  The
1315 ``subroutines'' of the cycle are the individual functions of the cycle, and
1316 all other functions that were called directly by them.  The ``callers'' of
1317 the cycle are the functions, outside the cycle, that called functions in
1318 the cycle.
1319
1320 Here is an example portion of a call graph which shows a cycle containing
1321 functions @code{a} and @code{b}.  The cycle was entered by a call to
1322 @code{a} from @code{main}; both @code{a} and @code{b} called @code{c}.
1323
1324 @smallexample
1325 index  % time    self  children called     name
1326 ----------------------------------------
1327                  1.77        0    1/1        main [2]
1328 [3]     91.71    1.77        0    1+5    <cycle 1 as a whole> [3]
1329                  1.02        0    3          b <cycle 1> [4]
1330                  0.75        0    2          a <cycle 1> [5]
1331 ----------------------------------------
1332                                   3          a <cycle 1> [5]
1333 [4]     52.85    1.02        0    0      b <cycle 1> [4]
1334                                   2          a <cycle 1> [5]
1335                     0        0    3/6        c [6]
1336 ----------------------------------------
1337                  1.77        0    1/1        main [2]
1338                                   2          b <cycle 1> [4]
1339 [5]     38.86    0.75        0    1      a <cycle 1> [5]
1340                                   3          b <cycle 1> [4]
1341                     0        0    3/6        c [6]
1342 ----------------------------------------
1343 @end smallexample
1344
1345 @noindent
1346 (The entire call graph for this program contains in addition an entry for
1347 @code{main}, which calls @code{a}, and an entry for @code{c}, with callers
1348 @code{a} and @code{b}.)
1349
1350 @smallexample
1351 index  % time    self  children called     name
1352                                              <spontaneous>
1353 [1]    100.00       0     1.93    0      start [1]
1354                  0.16     1.77    1/1        main [2]
1355 ----------------------------------------
1356                  0.16     1.77    1/1        start [1]
1357 [2]    100.00    0.16     1.77    1      main [2]
1358                  1.77        0    1/1        a <cycle 1> [5]
1359 ----------------------------------------
1360                  1.77        0    1/1        main [2]
1361 [3]     91.71    1.77        0    1+5    <cycle 1 as a whole> [3]
1362                  1.02        0    3          b <cycle 1> [4]
1363                  0.75        0    2          a <cycle 1> [5]
1364                     0        0    6/6        c [6]
1365 ----------------------------------------
1366                                   3          a <cycle 1> [5]
1367 [4]     52.85    1.02        0    0      b <cycle 1> [4]
1368                                   2          a <cycle 1> [5]
1369                     0        0    3/6        c [6]
1370 ----------------------------------------
1371                  1.77        0    1/1        main [2]
1372                                   2          b <cycle 1> [4]
1373 [5]     38.86    0.75        0    1      a <cycle 1> [5]
1374                                   3          b <cycle 1> [4]
1375                     0        0    3/6        c [6]
1376 ----------------------------------------
1377                     0        0    3/6        b <cycle 1> [4]
1378                     0        0    3/6        a <cycle 1> [5]
1379 [6]      0.00       0        0    6      c [6]
1380 ----------------------------------------
1381 @end smallexample
1382
1383 The @code{self} field of the cycle's primary line is the total time
1384 spent in all the functions of the cycle.  It equals the sum of the
1385 @code{self} fields for the individual functions in the cycle, found
1386 in the entry in the subroutine lines for these functions.
1387
1388 The @code{children} fields of the cycle's primary line and subroutine lines
1389 count only subroutines outside the cycle.  Even though @code{a} calls
1390 @code{b}, the time spent in those calls to @code{b} is not counted in
1391 @code{a}'s @code{children} time.  Thus, we do not encounter the problem of
1392 what to do when the time in those calls to @code{b} includes indirect
1393 recursive calls back to @code{a}.
1394
1395 The @code{children} field of a caller-line in the cycle's entry estimates
1396 the amount of time spent @emph{in the whole cycle}, and its other
1397 subroutines, on the times when that caller called a function in the cycle.
1398
1399 The @code{called} field in the primary line for the cycle has two numbers:
1400 first, the number of times functions in the cycle were called by functions
1401 outside the cycle; second, the number of times they were called by
1402 functions in the cycle (including times when a function in the cycle calls
1403 itself).  This is a generalization of the usual split into non-recursive and
1404 recursive calls.
1405
1406 The @code{called} field of a subroutine-line for a cycle member in the
1407 cycle's entry says how many time that function was called from functions in
1408 the cycle.  The total of all these is the second number in the primary line's
1409 @code{called} field.
1410
1411 In the individual entry for a function in a cycle, the other functions in
1412 the same cycle can appear as subroutines and as callers.  These lines show
1413 how many times each function in the cycle called or was called from each other
1414 function in the cycle.  The @code{self} and @code{children} fields in these
1415 lines are blank because of the difficulty of defining meanings for them
1416 when recursion is going on.
1417
1418 @node Line-by-line
1419 @section Line-by-line Profiling
1420
1421 @code{gprof}'s @samp{-l} option causes the program to perform
1422 @dfn{line-by-line} profiling.  In this mode, histogram
1423 samples are assigned not to functions, but to individual
1424 lines of source code.  This only works with programs compiled with
1425 older versions of the @code{gcc} compiler.  Newer versions of @code{gcc}
1426 use a different program - @code{gcov} - to display line-by-line
1427 profiling information.
1428
1429 With the older versions of @code{gcc} the program usually has to be
1430 compiled with a @samp{-g} option, in addition to @samp{-pg}, in order
1431 to generate debugging symbols for tracking source code lines.
1432 Note, in much older versions of @code{gcc} the program had to be
1433 compiled with the @samp{-a} command line option as well.
1434
1435 The flat profile is the most useful output table
1436 in line-by-line mode.
1437 The call graph isn't as useful as normal, since
1438 the current version of @code{gprof} does not propagate
1439 call graph arcs from source code lines to the enclosing function.
1440 The call graph does, however, show each line of code
1441 that called each function, along with a count.
1442
1443 Here is a section of @code{gprof}'s output, without line-by-line profiling.
1444 Note that @code{ct_init} accounted for four histogram hits, and
1445 13327 calls to @code{init_block}.
1446
1447 @smallexample
1448 Flat profile:
1449
1450 Each sample counts as 0.01 seconds.
1451   %   cumulative   self              self     total           
1452  time   seconds   seconds    calls  us/call  us/call  name    
1453  30.77      0.13     0.04     6335     6.31     6.31  ct_init
1454
1455
1456                      Call graph (explanation follows)
1457
1458
1459 granularity: each sample hit covers 4 byte(s) for 7.69% of 0.13 seconds
1460
1461 index % time    self  children    called     name
1462
1463                 0.00    0.00       1/13496       name_too_long
1464                 0.00    0.00      40/13496       deflate
1465                 0.00    0.00     128/13496       deflate_fast
1466                 0.00    0.00   13327/13496       ct_init
1467 [7]      0.0    0.00    0.00   13496         init_block
1468
1469 @end smallexample
1470
1471 Now let's look at some of @code{gprof}'s output from the same program run,
1472 this time with line-by-line profiling enabled.  Note that @code{ct_init}'s
1473 four histogram hits are broken down into four lines of source code---one hit
1474 occurred on each of lines 349, 351, 382 and 385.  In the call graph,
1475 note how
1476 @code{ct_init}'s 13327 calls to @code{init_block} are broken down
1477 into one call from line 396, 3071 calls from line 384, 3730 calls
1478 from line 385, and 6525 calls from 387.
1479
1480 @smallexample
1481 Flat profile:
1482
1483 Each sample counts as 0.01 seconds.
1484   %   cumulative   self                    
1485  time   seconds   seconds    calls  name    
1486   7.69      0.10     0.01           ct_init (trees.c:349)
1487   7.69      0.11     0.01           ct_init (trees.c:351)
1488   7.69      0.12     0.01           ct_init (trees.c:382)
1489   7.69      0.13     0.01           ct_init (trees.c:385)
1490
1491
1492                      Call graph (explanation follows)
1493
1494
1495 granularity: each sample hit covers 4 byte(s) for 7.69% of 0.13 seconds
1496
1497   % time    self  children    called     name
1498
1499             0.00    0.00       1/13496       name_too_long (gzip.c:1440)
1500             0.00    0.00       1/13496       deflate (deflate.c:763)
1501             0.00    0.00       1/13496       ct_init (trees.c:396)
1502             0.00    0.00       2/13496       deflate (deflate.c:727)
1503             0.00    0.00       4/13496       deflate (deflate.c:686)
1504             0.00    0.00       5/13496       deflate (deflate.c:675)
1505             0.00    0.00      12/13496       deflate (deflate.c:679)
1506             0.00    0.00      16/13496       deflate (deflate.c:730)
1507             0.00    0.00     128/13496       deflate_fast (deflate.c:654)
1508             0.00    0.00    3071/13496       ct_init (trees.c:384)
1509             0.00    0.00    3730/13496       ct_init (trees.c:385)
1510             0.00    0.00    6525/13496       ct_init (trees.c:387)
1511 [6]  0.0    0.00    0.00   13496         init_block (trees.c:408)
1512
1513 @end smallexample
1514
1515
1516 @node Annotated Source
1517 @section The Annotated Source Listing
1518
1519 @code{gprof}'s @samp{-A} option triggers an annotated source listing,
1520 which lists the program's source code, each function labeled with the
1521 number of times it was called.  You may also need to specify the
1522 @samp{-I} option, if @code{gprof} can't find the source code files.
1523
1524 With older versions of @code{gcc} compiling with @samp{gcc @dots{} -g
1525 -pg -a} augments your program with basic-block counting code, in
1526 addition to function counting code.  This enables @code{gprof} to
1527 determine how many times each line of code was executed.  With newer
1528 versions of @code{gcc} support for displaying basic-block counts is
1529 provided by the @code{gcov} program.
1530
1531 For example, consider the following function, taken from gzip,
1532 with line numbers added:
1533
1534 @smallexample
1535  1 ulg updcrc(s, n)
1536  2     uch *s;
1537  3     unsigned n;
1538  4 @{
1539  5     register ulg c;
1540  6
1541  7     static ulg crc = (ulg)0xffffffffL;
1542  8
1543  9     if (s == NULL) @{
1544 10         c = 0xffffffffL;
1545 11     @} else @{
1546 12         c = crc;
1547 13         if (n) do @{
1548 14             c = crc_32_tab[...];
1549 15         @} while (--n);
1550 16     @}
1551 17     crc = c;
1552 18     return c ^ 0xffffffffL;
1553 19 @}
1554
1555 @end smallexample
1556
1557 @code{updcrc} has at least five basic-blocks.
1558 One is the function itself.  The
1559 @code{if} statement on line 9 generates two more basic-blocks, one
1560 for each branch of the @code{if}.  A fourth basic-block results from
1561 the @code{if} on line 13, and the contents of the @code{do} loop form
1562 the fifth basic-block.  The compiler may also generate additional
1563 basic-blocks to handle various special cases.
1564
1565 A program augmented for basic-block counting can be analyzed with
1566 @samp{gprof -l -A}.
1567 The @samp{-x} option is also helpful,
1568 to ensure that each line of code is labeled at least once.
1569 Here is @code{updcrc}'s
1570 annotated source listing for a sample @code{gzip} run:
1571
1572 @smallexample
1573                 ulg updcrc(s, n)
1574                     uch *s;
1575                     unsigned n;
1576             2 ->@{
1577                     register ulg c;
1578                 
1579                     static ulg crc = (ulg)0xffffffffL;
1580                 
1581             2 ->    if (s == NULL) @{
1582             1 ->        c = 0xffffffffL;
1583             1 ->    @} else @{
1584             1 ->        c = crc;
1585             1 ->        if (n) do @{
1586         26312 ->            c = crc_32_tab[...];
1587 26312,1,26311 ->        @} while (--n);
1588                     @}
1589             2 ->    crc = c;
1590             2 ->    return c ^ 0xffffffffL;
1591             2 ->@}
1592 @end smallexample
1593
1594 In this example, the function was called twice, passing once through
1595 each branch of the @code{if} statement.  The body of the @code{do}
1596 loop was executed a total of 26312 times.  Note how the @code{while}
1597 statement is annotated.  It began execution 26312 times, once for
1598 each iteration through the loop.  One of those times (the last time)
1599 it exited, while it branched back to the beginning of the loop 26311 times.
1600
1601 @node Inaccuracy
1602 @chapter Inaccuracy of @code{gprof} Output
1603
1604 @menu
1605 * Sampling Error::      Statistical margins of error
1606 * Assumptions::         Estimating children times
1607 @end menu
1608
1609 @node Sampling Error
1610 @section Statistical Sampling Error
1611
1612 The run-time figures that @code{gprof} gives you are based on a sampling
1613 process, so they are subject to statistical inaccuracy.  If a function runs
1614 only a small amount of time, so that on the average the sampling process
1615 ought to catch that function in the act only once, there is a pretty good
1616 chance it will actually find that function zero times, or twice.
1617
1618 By contrast, the number-of-calls and basic-block figures
1619 are derived by counting, not
1620 sampling.  They are completely accurate and will not vary from run to run
1621 if your program is deterministic.
1622
1623 The @dfn{sampling period} that is printed at the beginning of the flat
1624 profile says how often samples are taken.  The rule of thumb is that a
1625 run-time figure is accurate if it is considerably bigger than the sampling
1626 period.
1627
1628 The actual amount of error can be predicted.
1629 For @var{n} samples, the @emph{expected} error
1630 is the square-root of @var{n}.  For example,
1631 if the sampling period is 0.01 seconds and @code{foo}'s run-time is 1 second,
1632 @var{n} is 100 samples (1 second/0.01 seconds), sqrt(@var{n}) is 10 samples, so
1633 the expected error in @code{foo}'s run-time is 0.1 seconds (10*0.01 seconds),
1634 or ten percent of the observed value.
1635 Again, if the sampling period is 0.01 seconds and @code{bar}'s run-time is
1636 100 seconds, @var{n} is 10000 samples, sqrt(@var{n}) is 100 samples, so
1637 the expected error in @code{bar}'s run-time is 1 second,
1638 or one percent of the observed value.
1639 It is likely to
1640 vary this much @emph{on the average} from one profiling run to the next.
1641 (@emph{Sometimes} it will vary more.)
1642
1643 This does not mean that a small run-time figure is devoid of information.
1644 If the program's @emph{total} run-time is large, a small run-time for one
1645 function does tell you that that function used an insignificant fraction of
1646 the whole program's time.  Usually this means it is not worth optimizing.
1647
1648 One way to get more accuracy is to give your program more (but similar)
1649 input data so it will take longer.  Another way is to combine the data from
1650 several runs, using the @samp{-s} option of @code{gprof}.  Here is how:
1651
1652 @enumerate
1653 @item
1654 Run your program once.
1655
1656 @item
1657 Issue the command @samp{mv gmon.out gmon.sum}.
1658
1659 @item
1660 Run your program again, the same as before.
1661
1662 @item
1663 Merge the new data in @file{gmon.out} into @file{gmon.sum} with this command:
1664
1665 @example
1666 gprof -s @var{executable-file} gmon.out gmon.sum
1667 @end example
1668
1669 @item
1670 Repeat the last two steps as often as you wish.
1671
1672 @item
1673 Analyze the cumulative data using this command:
1674
1675 @example
1676 gprof @var{executable-file} gmon.sum > @var{output-file}
1677 @end example
1678 @end enumerate
1679
1680 @node Assumptions
1681 @section Estimating @code{children} Times
1682
1683 Some of the figures in the call graph are estimates---for example, the
1684 @code{children} time values and all the time figures in caller and
1685 subroutine lines.
1686
1687 There is no direct information about these measurements in the profile
1688 data itself.  Instead, @code{gprof} estimates them by making an assumption
1689 about your program that might or might not be true.
1690
1691 The assumption made is that the average time spent in each call to any
1692 function @code{foo} is not correlated with who called @code{foo}.  If
1693 @code{foo} used 5 seconds in all, and 2/5 of the calls to @code{foo} came
1694 from @code{a}, then @code{foo} contributes 2 seconds to @code{a}'s
1695 @code{children} time, by assumption.
1696
1697 This assumption is usually true enough, but for some programs it is far
1698 from true.  Suppose that @code{foo} returns very quickly when its argument
1699 is zero; suppose that @code{a} always passes zero as an argument, while
1700 other callers of @code{foo} pass other arguments.  In this program, all the
1701 time spent in @code{foo} is in the calls from callers other than @code{a}.
1702 But @code{gprof} has no way of knowing this; it will blindly and
1703 incorrectly charge 2 seconds of time in @code{foo} to the children of
1704 @code{a}.
1705
1706 @c FIXME - has this been fixed?
1707 We hope some day to put more complete data into @file{gmon.out}, so that
1708 this assumption is no longer needed, if we can figure out how.  For the
1709 novice, the estimated figures are usually more useful than misleading.
1710
1711 @node How do I?
1712 @chapter Answers to Common Questions
1713
1714 @table @asis
1715 @item How can I get more exact information about hot spots in my program?
1716
1717 Looking at the per-line call counts only tells part of the story.
1718 Because @code{gprof} can only report call times and counts by function,
1719 the best way to get finer-grained information on where the program
1720 is spending its time is to re-factor large functions into sequences
1721 of calls to smaller ones.  Beware however that this can introduce
1722 artificial hot spots since compiling with @samp{-pg} adds a significant
1723 overhead to function calls.  An alternative solution is to use a
1724 non-intrusive profiler, e.g.@: oprofile.
1725
1726 @item How do I find which lines in my program were executed the most times?
1727
1728 Use the @code{gcov} program.
1729
1730 @item How do I find which lines in my program called a particular function?
1731
1732 Use @samp{gprof -l} and lookup the function in the call graph.
1733 The callers will be broken down by function and line number.
1734
1735 @item How do I analyze a program that runs for less than a second?
1736
1737 Try using a shell script like this one:
1738
1739 @example
1740 for i in `seq 1 100`; do
1741   fastprog
1742   mv gmon.out gmon.out.$i
1743 done
1744
1745 gprof -s fastprog gmon.out.*
1746
1747 gprof fastprog gmon.sum
1748 @end example
1749
1750 If your program is completely deterministic, all the call counts
1751 will be simple multiples of 100 (i.e., a function called once in
1752 each run will appear with a call count of 100).
1753
1754 @end table
1755
1756 @node Incompatibilities
1757 @chapter Incompatibilities with Unix @code{gprof}
1758
1759 @sc{gnu} @code{gprof} and Berkeley Unix @code{gprof} use the same data
1760 file @file{gmon.out}, and provide essentially the same information.  But
1761 there are a few differences.
1762
1763 @itemize @bullet
1764 @item
1765 @sc{gnu} @code{gprof} uses a new, generalized file format with support
1766 for basic-block execution counts and non-realtime histograms.  A magic
1767 cookie and version number allows @code{gprof} to easily identify
1768 new style files.  Old BSD-style files can still be read.
1769 @xref{File Format, ,Profiling Data File Format}.
1770
1771 @item
1772 For a recursive function, Unix @code{gprof} lists the function as a
1773 parent and as a child, with a @code{calls} field that lists the number
1774 of recursive calls.  @sc{gnu} @code{gprof} omits these lines and puts
1775 the number of recursive calls in the primary line.
1776
1777 @item
1778 When a function is suppressed from the call graph with @samp{-e}, @sc{gnu}
1779 @code{gprof} still lists it as a subroutine of functions that call it.
1780
1781 @item
1782 @sc{gnu} @code{gprof} accepts the @samp{-k} with its argument
1783 in the form @samp{from/to}, instead of @samp{from to}.
1784
1785 @item
1786 In the annotated source listing,
1787 if there are multiple basic blocks on the same line,
1788 @sc{gnu} @code{gprof} prints all of their counts, separated by commas.
1789
1790 @ignore - it does this now
1791 @item
1792 The function names printed in @sc{gnu} @code{gprof} output do not include
1793 the leading underscores that are added internally to the front of all
1794 C identifiers on many operating systems.
1795 @end ignore
1796
1797 @item
1798 The blurbs, field widths, and output formats are different.  @sc{gnu}
1799 @code{gprof} prints blurbs after the tables, so that you can see the
1800 tables without skipping the blurbs.
1801 @end itemize
1802
1803 @node Details
1804 @chapter Details of Profiling
1805
1806 @menu
1807 * Implementation::      How a program collects profiling information
1808 * File Format::         Format of @samp{gmon.out} files
1809 * Internals::           @code{gprof}'s internal operation
1810 * Debugging::           Using @code{gprof}'s @samp{-d} option
1811 @end menu
1812
1813 @node Implementation
1814 @section Implementation of Profiling
1815
1816 Profiling works by changing how every function in your program is compiled
1817 so that when it is called, it will stash away some information about where
1818 it was called from.  From this, the profiler can figure out what function
1819 called it, and can count how many times it was called.  This change is made
1820 by the compiler when your program is compiled with the @samp{-pg} option,
1821 which causes every function to call @code{mcount}
1822 (or @code{_mcount}, or @code{__mcount}, depending on the OS and compiler)
1823 as one of its first operations.
1824
1825 The @code{mcount} routine, included in the profiling library,
1826 is responsible for recording in an in-memory call graph table
1827 both its parent routine (the child) and its parent's parent.  This is
1828 typically done by examining the stack frame to find both
1829 the address of the child, and the return address in the original parent.
1830 Since this is a very machine-dependent operation, @code{mcount}
1831 itself is typically a short assembly-language stub routine
1832 that extracts the required
1833 information, and then calls @code{__mcount_internal}
1834 (a normal C function) with two arguments---@code{frompc} and @code{selfpc}.
1835 @code{__mcount_internal} is responsible for maintaining
1836 the in-memory call graph, which records @code{frompc}, @code{selfpc},
1837 and the number of times each of these call arcs was traversed.
1838
1839 GCC Version 2 provides a magical function (@code{__builtin_return_address}),
1840 which allows a generic @code{mcount} function to extract the
1841 required information from the stack frame.  However, on some
1842 architectures, most notably the SPARC, using this builtin can be
1843 very computationally expensive, and an assembly language version
1844 of @code{mcount} is used for performance reasons.
1845
1846 Number-of-calls information for library routines is collected by using a
1847 special version of the C library.  The programs in it are the same as in
1848 the usual C library, but they were compiled with @samp{-pg}.  If you
1849 link your program with @samp{gcc @dots{} -pg}, it automatically uses the
1850 profiling version of the library.
1851
1852 Profiling also involves watching your program as it runs, and keeping a
1853 histogram of where the program counter happens to be every now and then.
1854 Typically the program counter is looked at around 100 times per second of
1855 run time, but the exact frequency may vary from system to system.
1856
1857 This is done is one of two ways.  Most UNIX-like operating systems
1858 provide a @code{profil()} system call, which registers a memory
1859 array with the kernel, along with a scale
1860 factor that determines how the program's address space maps
1861 into the array.
1862 Typical scaling values cause every 2 to 8 bytes of address space
1863 to map into a single array slot.
1864 On every tick of the system clock
1865 (assuming the profiled program is running), the value of the
1866 program counter is examined and the corresponding slot in
1867 the memory array is incremented.  Since this is done in the kernel,
1868 which had to interrupt the process anyway to handle the clock
1869 interrupt, very little additional system overhead is required.
1870
1871 However, some operating systems, most notably Linux 2.0 (and earlier),
1872 do not provide a @code{profil()} system call.  On such a system,
1873 arrangements are made for the kernel to periodically deliver
1874 a signal to the process (typically via @code{setitimer()}),
1875 which then performs the same operation of examining the
1876 program counter and incrementing a slot in the memory array.
1877 Since this method requires a signal to be delivered to
1878 user space every time a sample is taken, it uses considerably
1879 more overhead than kernel-based profiling.  Also, due to the
1880 added delay required to deliver the signal, this method is
1881 less accurate as well.
1882
1883 A special startup routine allocates memory for the histogram and 
1884 either calls @code{profil()} or sets up
1885 a clock signal handler.
1886 This routine (@code{monstartup}) can be invoked in several ways.
1887 On Linux systems, a special profiling startup file @code{gcrt0.o},
1888 which invokes @code{monstartup} before @code{main},
1889 is used instead of the default @code{crt0.o}.
1890 Use of this special startup file is one of the effects
1891 of using @samp{gcc @dots{} -pg} to link.
1892 On SPARC systems, no special startup files are used.
1893 Rather, the @code{mcount} routine, when it is invoked for
1894 the first time (typically when @code{main} is called),
1895 calls @code{monstartup}.
1896
1897 If the compiler's @samp{-a} option was used, basic-block counting
1898 is also enabled.  Each object file is then compiled with a static array
1899 of counts, initially zero.
1900 In the executable code, every time a new basic-block begins
1901 (i.e., when an @code{if} statement appears), an extra instruction
1902 is inserted to increment the corresponding count in the array.
1903 At compile time, a paired array was constructed that recorded
1904 the starting address of each basic-block.  Taken together,
1905 the two arrays record the starting address of every basic-block,
1906 along with the number of times it was executed.
1907
1908 The profiling library also includes a function (@code{mcleanup}) which is
1909 typically registered using @code{atexit()} to be called as the
1910 program exits, and is responsible for writing the file @file{gmon.out}.
1911 Profiling is turned off, various headers are output, and the histogram
1912 is written, followed by the call-graph arcs and the basic-block counts.
1913
1914 The output from @code{gprof} gives no indication of parts of your program that
1915 are limited by I/O or swapping bandwidth.  This is because samples of the
1916 program counter are taken at fixed intervals of the program's run time.
1917 Therefore, the
1918 time measurements in @code{gprof} output say nothing about time that your
1919 program was not running.  For example, a part of the program that creates
1920 so much data that it cannot all fit in physical memory at once may run very
1921 slowly due to thrashing, but @code{gprof} will say it uses little time.  On
1922 the other hand, sampling by run time has the advantage that the amount of
1923 load due to other users won't directly affect the output you get.
1924
1925 @node File Format
1926 @section Profiling Data File Format
1927
1928 The old BSD-derived file format used for profile data does not contain a
1929 magic cookie that allows to check whether a data file really is a
1930 @code{gprof} file.  Furthermore, it does not provide a version number, thus
1931 rendering changes to the file format almost impossible.  @sc{gnu} @code{gprof}
1932 uses a new file format that provides these features.  For backward
1933 compatibility, @sc{gnu} @code{gprof} continues to support the old BSD-derived
1934 format, but not all features are supported with it.  For example,
1935 basic-block execution counts cannot be accommodated by the old file
1936 format.
1937
1938 The new file format is defined in header file @file{gmon_out.h}.  It
1939 consists of a header containing the magic cookie and a version number,
1940 as well as some spare bytes available for future extensions.  All data
1941 in a profile data file is in the native format of the target for which
1942 the profile was collected.  @sc{gnu} @code{gprof} adapts automatically
1943 to the byte-order in use.
1944
1945 In the new file format, the header is followed by a sequence of
1946 records.  Currently, there are three different record types: histogram
1947 records, call-graph arc records, and basic-block execution count
1948 records.  Each file can contain any number of each record type.  When
1949 reading a file, @sc{gnu} @code{gprof} will ensure records of the same type are
1950 compatible with each other and compute the union of all records.  For
1951 example, for basic-block execution counts, the union is simply the sum
1952 of all execution counts for each basic-block.
1953
1954 @subsection Histogram Records
1955
1956 Histogram records consist of a header that is followed by an array of
1957 bins.  The header contains the text-segment range that the histogram
1958 spans, the size of the histogram in bytes (unlike in the old BSD
1959 format, this does not include the size of the header), the rate of the
1960 profiling clock, and the physical dimension that the bin counts
1961 represent after being scaled by the profiling clock rate.  The
1962 physical dimension is specified in two parts: a long name of up to 15
1963 characters and a single character abbreviation.  For example, a
1964 histogram representing real-time would specify the long name as
1965 ``seconds'' and the abbreviation as ``s''.  This feature is useful for
1966 architectures that support performance monitor hardware (which,
1967 fortunately, is becoming increasingly common).  For example, under DEC
1968 OSF/1, the ``uprofile'' command can be used to produce a histogram of,
1969 say, instruction cache misses.  In this case, the dimension in the
1970 histogram header could be set to ``i-cache misses'' and the abbreviation
1971 could be set to ``1'' (because it is simply a count, not a physical
1972 dimension).  Also, the profiling rate would have to be set to 1 in
1973 this case.
1974
1975 Histogram bins are 16-bit numbers and each bin represent an equal
1976 amount of text-space.  For example, if the text-segment is one
1977 thousand bytes long and if there are ten bins in the histogram, each
1978 bin represents one hundred bytes.
1979
1980
1981 @subsection Call-Graph Records
1982
1983 Call-graph records have a format that is identical to the one used in
1984 the BSD-derived file format.  It consists of an arc in the call graph
1985 and a count indicating the number of times the arc was traversed
1986 during program execution.  Arcs are specified by a pair of addresses:
1987 the first must be within caller's function and the second must be
1988 within the callee's function.  When performing profiling at the
1989 function level, these addresses can point anywhere within the
1990 respective function.  However, when profiling at the line-level, it is
1991 better if the addresses are as close to the call-site/entry-point as
1992 possible.  This will ensure that the line-level call-graph is able to
1993 identify exactly which line of source code performed calls to a
1994 function.
1995
1996 @subsection Basic-Block Execution Count Records
1997
1998 Basic-block execution count records consist of a header followed by a
1999 sequence of address/count pairs.  The header simply specifies the
2000 length of the sequence.  In an address/count pair, the address
2001 identifies a basic-block and the count specifies the number of times
2002 that basic-block was executed.  Any address within the basic-address can
2003 be used.
2004
2005 @node Internals
2006 @section @code{gprof}'s Internal Operation
2007
2008 Like most programs, @code{gprof} begins by processing its options.
2009 During this stage, it may building its symspec list
2010 (@code{sym_ids.c:@-sym_id_add}), if
2011 options are specified which use symspecs.
2012 @code{gprof} maintains a single linked list of symspecs,
2013 which will eventually get turned into 12 symbol tables,
2014 organized into six include/exclude pairs---one
2015 pair each for the flat profile (INCL_FLAT/EXCL_FLAT),
2016 the call graph arcs (INCL_ARCS/EXCL_ARCS),
2017 printing in the call graph (INCL_GRAPH/EXCL_GRAPH),
2018 timing propagation in the call graph (INCL_TIME/EXCL_TIME),
2019 the annotated source listing (INCL_ANNO/EXCL_ANNO),
2020 and the execution count listing (INCL_EXEC/EXCL_EXEC).
2021
2022 After option processing, @code{gprof} finishes
2023 building the symspec list by adding all the symspecs in
2024 @code{default_excluded_list} to the exclude lists
2025 EXCL_TIME and EXCL_GRAPH, and if line-by-line profiling is specified,
2026 EXCL_FLAT as well.
2027 These default excludes are not added to EXCL_ANNO, EXCL_ARCS, and EXCL_EXEC.
2028
2029 Next, the BFD library is called to open the object file,
2030 verify that it is an object file,
2031 and read its symbol table (@code{core.c:@-core_init}),
2032 using @code{bfd_canonicalize_symtab} after mallocing
2033 an appropriately sized array of symbols.  At this point,
2034 function mappings are read (if the @samp{--file-ordering} option
2035 has been specified), and the core text space is read into
2036 memory (if the @samp{-c} option was given).
2037
2038 @code{gprof}'s own symbol table, an array of Sym structures,
2039 is now built.
2040 This is done in one of two ways, by one of two routines, depending
2041 on whether line-by-line profiling (@samp{-l} option) has been
2042 enabled.
2043 For normal profiling, the BFD canonical symbol table is scanned.
2044 For line-by-line profiling, every
2045 text space address is examined, and a new symbol table entry
2046 gets created every time the line number changes.
2047 In either case, two passes are made through the symbol
2048 table---one to count the size of the symbol table required,
2049 and the other to actually read the symbols.  In between the
2050 two passes, a single array of type @code{Sym} is created of
2051 the appropriate length.
2052 Finally, @code{symtab.c:@-symtab_finalize}
2053 is called to sort the symbol table and remove duplicate entries
2054 (entries with the same memory address).
2055
2056 The symbol table must be a contiguous array for two reasons.
2057 First, the @code{qsort} library function (which sorts an array)
2058 will be used to sort the symbol table.
2059 Also, the symbol lookup routine (@code{symtab.c:@-sym_lookup}),
2060 which finds symbols
2061 based on memory address, uses a binary search algorithm
2062 which requires the symbol table to be a sorted array.
2063 Function symbols are indicated with an @code{is_func} flag.
2064 Line number symbols have no special flags set.
2065 Additionally, a symbol can have an @code{is_static} flag
2066 to indicate that it is a local symbol.
2067
2068 With the symbol table read, the symspecs can now be translated
2069 into Syms (@code{sym_ids.c:@-sym_id_parse}).  Remember that a single
2070 symspec can match multiple symbols.
2071 An array of symbol tables
2072 (@code{syms}) is created, each entry of which is a symbol table
2073 of Syms to be included or excluded from a particular listing.
2074 The master symbol table and the symspecs are examined by nested
2075 loops, and every symbol that matches a symspec is inserted
2076 into the appropriate syms table.  This is done twice, once to
2077 count the size of each required symbol table, and again to build
2078 the tables, which have been malloced between passes.
2079 From now on, to determine whether a symbol is on an include
2080 or exclude symspec list, @code{gprof} simply uses its
2081 standard symbol lookup routine on the appropriate table
2082 in the @code{syms} array.
2083
2084 Now the profile data file(s) themselves are read
2085 (@code{gmon_io.c:@-gmon_out_read}),
2086 first by checking for a new-style @samp{gmon.out} header,
2087 then assuming this is an old-style BSD @samp{gmon.out}
2088 if the magic number test failed.
2089
2090 New-style histogram records are read by @code{hist.c:@-hist_read_rec}.
2091 For the first histogram record, allocate a memory array to hold
2092 all the bins, and read them in.
2093 When multiple profile data files (or files with multiple histogram
2094 records) are read, the memory ranges of each pair of histogram records
2095 must be either equal, or non-overlapping.  For each pair of histogram
2096 records, the resolution (memory region size divided by the number of
2097 bins) must be the same.  The time unit must be the same for all 
2098 histogram records. If the above containts are met, all histograms
2099 for the same memory range are merged.
2100
2101 As each call graph record is read (@code{call_graph.c:@-cg_read_rec}),
2102 the parent and child addresses
2103 are matched to symbol table entries, and a call graph arc is
2104 created by @code{cg_arcs.c:@-arc_add}, unless the arc fails a symspec
2105 check against INCL_ARCS/EXCL_ARCS.  As each arc is added,
2106 a linked list is maintained of the parent's child arcs, and of the child's
2107 parent arcs.
2108 Both the child's call count and the arc's call count are
2109 incremented by the record's call count.
2110
2111 Basic-block records are read (@code{basic_blocks.c:@-bb_read_rec}),
2112 but only if line-by-line profiling has been selected.
2113 Each basic-block address is matched to a corresponding line
2114 symbol in the symbol table, and an entry made in the symbol's
2115 bb_addr and bb_calls arrays.  Again, if multiple basic-block
2116 records are present for the same address, the call counts
2117 are cumulative.
2118
2119 A gmon.sum file is dumped, if requested (@code{gmon_io.c:@-gmon_out_write}).
2120
2121 If histograms were present in the data files, assign them to symbols
2122 (@code{hist.c:@-hist_assign_samples}) by iterating over all the sample
2123 bins and assigning them to symbols.  Since the symbol table
2124 is sorted in order of ascending memory addresses, we can
2125 simple follow along in the symbol table as we make our pass
2126 over the sample bins.
2127 This step includes a symspec check against INCL_FLAT/EXCL_FLAT.
2128 Depending on the histogram
2129 scale factor, a sample bin may span multiple symbols,
2130 in which case a fraction of the sample count is allocated
2131 to each symbol, proportional to the degree of overlap.
2132 This effect is rare for normal profiling, but overlaps
2133 are more common during line-by-line profiling, and can
2134 cause each of two adjacent lines to be credited with half
2135 a hit, for example.
2136
2137 If call graph data is present, @code{cg_arcs.c:@-cg_assemble} is called.
2138 First, if @samp{-c} was specified, a machine-dependent
2139 routine (@code{find_call}) scans through each symbol's machine code,
2140 looking for subroutine call instructions, and adding them
2141 to the call graph with a zero call count.
2142 A topological sort is performed by depth-first numbering
2143 all the symbols (@code{cg_dfn.c:@-cg_dfn}), so that
2144 children are always numbered less than their parents,
2145 then making a array of pointers into the symbol table and sorting it into
2146 numerical order, which is reverse topological
2147 order (children appear before parents).
2148 Cycles are also detected at this point, all members
2149 of which are assigned the same topological number.
2150 Two passes are now made through this sorted array of symbol pointers.
2151 The first pass, from end to beginning (parents to children),
2152 computes the fraction of child time to propagate to each parent
2153 and a print flag.
2154 The print flag reflects symspec handling of INCL_GRAPH/EXCL_GRAPH,
2155 with a parent's include or exclude (print or no print) property
2156 being propagated to its children, unless they themselves explicitly appear
2157 in INCL_GRAPH or EXCL_GRAPH.
2158 A second pass, from beginning to end (children to parents) actually
2159 propagates the timings along the call graph, subject
2160 to a check against INCL_TIME/EXCL_TIME.
2161 With the print flag, fractions, and timings now stored in the symbol
2162 structures, the topological sort array is now discarded, and a
2163 new array of pointers is assembled, this time sorted by propagated time.
2164
2165 Finally, print the various outputs the user requested, which is now fairly
2166 straightforward.  The call graph (@code{cg_print.c:@-cg_print}) and
2167 flat profile (@code{hist.c:@-hist_print}) are regurgitations of values
2168 already computed.  The annotated source listing
2169 (@code{basic_blocks.c:@-print_annotated_source}) uses basic-block
2170 information, if present, to label each line of code with call counts,
2171 otherwise only the function call counts are presented.
2172
2173 The function ordering code is marginally well documented
2174 in the source code itself (@code{cg_print.c}).  Basically,
2175 the functions with the most use and the most parents are
2176 placed first, followed by other functions with the most use,
2177 followed by lower use functions, followed by unused functions
2178 at the end.
2179
2180 @node Debugging
2181 @section Debugging @code{gprof}
2182
2183 If @code{gprof} was compiled with debugging enabled,
2184 the @samp{-d} option triggers debugging output
2185 (to stdout) which can be helpful in understanding its operation.
2186 The debugging number specified is interpreted as a sum of the following
2187 options:
2188
2189 @table @asis
2190 @item 2 - Topological sort
2191 Monitor depth-first numbering of symbols during call graph analysis
2192 @item 4 - Cycles
2193 Shows symbols as they are identified as cycle heads
2194 @item 16 - Tallying
2195 As the call graph arcs are read, show each arc and how
2196 the total calls to each function are tallied
2197 @item 32 - Call graph arc sorting
2198 Details sorting individual parents/children within each call graph entry
2199 @item 64 - Reading histogram and call graph records
2200 Shows address ranges of histograms as they are read, and each
2201 call graph arc
2202 @item 128 - Symbol table
2203 Reading, classifying, and sorting the symbol table from the object file.
2204 For line-by-line profiling (@samp{-l} option), also shows line numbers
2205 being assigned to memory addresses.
2206 @item 256 - Static call graph
2207 Trace operation of @samp{-c} option
2208 @item 512 - Symbol table and arc table lookups
2209 Detail operation of lookup routines
2210 @item 1024 - Call graph propagation
2211 Shows how function times are propagated along the call graph
2212 @item 2048 - Basic-blocks
2213 Shows basic-block records as they are read from profile data
2214 (only meaningful with @samp{-l} option)
2215 @item 4096 - Symspecs
2216 Shows symspec-to-symbol pattern matching operation
2217 @item 8192 - Annotate source
2218 Tracks operation of @samp{-A} option
2219 @end table
2220
2221 @node GNU Free Documentation License
2222 @appendix GNU Free Documentation License
2223 @include fdl.texi
2224
2225 @bye
2226
2227 NEEDS AN INDEX
2228
2229 -T - "traditional BSD style": How is it different?  Should the
2230 differences be documented?
2231
2232 example flat file adds up to 100.01%...
2233
2234 note: time estimates now only go out to one decimal place (0.0), where
2235 they used to extend two (78.67).