本文描述了识别和分析GnuTLS低效部分的过程。我正在使用的工具是callgrind。我不会详细描述这个工具，因为我不是callgrund专家，而是关注于发现和解决问题的方法。我希望这对了解维护人员如何解决与性能相关的问题很有用。它还展示了像valgrind和callgrind这样非常有用的工具。
今天我偶然发现了一篇罕见的帖子，其中包含重现问题的示例代码。这篇文章是埃德加·傅在openldap列表上写的：连接到edgars柱首先，这里有一点需要学习：如果那篇帖子中没有代码，我很可能会忽略它，因为理解和复制这个问题对我来说太麻烦了。尤其是当这不是一个真正的GnuTLS错误报告，而是关于非GnuTLS邮件列表的讨论时。通过发布这样的示例代码，我很容易编译和运行它。结果是，代码非常慢，我的好奇心也被发现了。Edgar的错误触发代码（为了可读性做了一些修改）：
d=opendir（“/etc/ssl/certs”）；gnutls_certificate_allocate_credentials（&ca_list）；while（（dent=readdir（d））！=空）{sprintf（ca_file，“/etc/ssl/certs/%s”，dent->d_name）；stat（ca_file，&s）；如果（！S_ISREG（S.st_mode））继续；gnutls_certificate_set_x509_trust_file（ca_list，ca_file，GNUTLS_X509_FMT_PEM）；}closedir（d）；
如果您不熟悉GnuTLS，我将描述代码的用途/etc/ssl/certs/和电话gnutls证书设置_x509信任文件对于每个文件。该函数将读取文件中存储的一个或多个X.509 CA证书，并将其添加到GnuTLS内的CA信任存储中。这些文件通常较小（1-2kb），但包含由GnuTLS解码的base64编码ASN.1数据。CA信任存储用于确定是否信任客户端或服务器的证书。虽然这通常只在启动时完成，而不是在每个TLS连接期间完成，但它不是特别关键的性能。不过，如果速度过慢，则会降低应用程序的启动速度。
在我的系统（x86 Debian测试）中，/etc/ssl/certs目录包含206个文件。我编译了测试代码并运行了它：
茉莉@mocca：~$gcc-o foo foo.c-lgnutls
茉莉@摩卡：~$次/foo/etc/ssl/certs/
实际0m40.821s
用户0m40.743s
系统0m0.036s
茉莉@mocca以下为：~$
40秒！将应用程序的启动延迟这么多是非常重要的，所以我知道这被认为是一个问题。
我开始好奇这个过程使用了多少内存。如果我的机器已经开始分页（不太可能是2GB的，但你永远也不知道），我可以理解它是否如此慢。然而，最高产量相对稳定：
PID用户PR NI VIRT RES SHR…
6538家20 0 5548 3668 752…
换句话说，虚拟大小约为6MB，这看起来很正常。我的下一步是在valgrind下运行二进制文件，以可能检测任何内存损坏或其他可能解释缓慢的问题。Valgrind大大降低了执行速度，大约7分钟后，我放弃了，并对代码进行了轻微修改，使其只迭代了前两个文件。在运行了一次valgrind之后，我发现代码没有调用所需的gnutls_certificate_free_credentials（）和gnutls_global_deinit（）。您可以下载更新的示例代码gnutls-call研磨.c。用于关闭某些已知libgcrypt内部内存泄漏的valgrind suppressions文件可用作库加密.supp.
茉莉@mocca：~$gcc-o foo foo.c-lgnutls
茉莉@mocca：~$次/foo公司
实际0m0.222s
用户0m0.216s
系统0m0.004s
茉莉@mocca：~$time valgrind–suppressions=foo.supp–安静/foo公司
实际0m7.619s
用户0m7.488s
系统0m0.108秒
茉莉@mocca:~$
很好！没有内存泄漏。我们现在可以相对肯定的是，问题实际上是源于代码的意图，而不是一些与内存相关的错误。鉴于我们在这里使用C，您希望尽早排除此类问题，因为它们是需要调试的噩梦。
现在是性能调优会话。让我们在应用程序上运行callgrind。首先，我们必须确保使用一个用调试信息编译的GnuTLS。最简单的方法是根据静态libgnutls编译它。按以下步骤操作。
茉莉@mocca：~$gcc-o foo foo.c/usr/lib/libgnutls.a-lgcrypt-ltasn1-lz
茉莉@mocca：~$time valgrind–tool=callgrind-安静/foo公司
实际0m18.292秒
用户0m18.129s
系统0m0.084s
茉莉@mocca：~$ls-la callgrind.out.8164
-rw---1个jas jas 69654 2008-02-26 21:46 callgrind.out.8164
茉莉@mocca：~$k咖啡磨&
如您所见，执行时间甚至比valgrind慢。配置文件数据输出文件非常小。运行kcachegrind会产生此输出（单击放大）：
一开始，kcachegrind中的信息量可能非常庞大。然而，有趣的值位于左侧的百分比和调用计数列中。它告诉我们gnutls_certificate_set_x509_trust_file（）被调用了22次，98%的时间都花在那里。（如果您对22感到惊讶，请查看代码，变量我从0开始，循环一直运行到大于20，即21，这使得循环中有22次迭代。）该函数的代码如下所示：
{int ret，ret2；size_t大小；char*data=read_binary_file（cafile，&size）；if（数据==NULL）{gnutls_assert（）；返回GNUTLS_E_FILE_ERROR；}如果（类型==GNUTLS_X509_FMT_DER）ret=parse_der_ca_mem（&res->x509_ca_list，&资源->x509_ncas，数据、大小）；其他的ret=parse_pem_ca_mem（&res->x509_ca_list，&资源->x509_ncas，数据、大小）；自由（数据）；如果（ret<0）{gnutls_assert（）；回流管；}如果（（ret2=generate_rdn_seq（res））<0）返回ret2；返回ret；}
callgrind输出告诉我们，96%的程序时间花在22次调用generate_rdn_seq（）中，而这22次调用又调用gnutls_x509_crt_get_raw_dn，总共506次。对gnutls_509_crt_get_raw_dn的调用占程序执行时间的95%。
我们现在可以得出结论，问题出在generate_rdn_seq（）函数内部，而不是gnutls_certificate_set_x509_trust_file（）函数体的其余部分。假设95%的时间实际上是在generate_rdn_seq调用的函数中（即gnutls_x509_crt_get_raw_dn），问题是函数调用次数太多或速度太慢。
关于generate_rdn_seq（）的目的是什么：它预先计算CA证书的名称列表。在TLS服务器中，此受信任CA的名称列表将发送给客户端。客户端使用该列表查找由服务器识别的CA颁发的客户端证书。为了避免每次需要时都计算列表（例如，对于每个连接），GnuTLS会预先计算并将其存储在凭证结构中。一个凭证结构可以与一个或多个TLS会话关联。
我们现在准备查看generate_rdn_seq的代码：
静态intgenerate_rdn_seq（gnutls_certificate_credentials_tres）{gnutls_datum_ttmp；int ret；无符号尺寸，i；不透明*pdata；/*生成RDN序列*当证书*请求消息已发送。*//*FIXME：如果是客户，则不需要*这样做。这将节省时间和内存。*然而，我们没有可用的信息*这里。*/大小=0；对于（i=0；i<res->x509_ncas；i++）{如果（（ret=gnutls_x509_crt_get_raw_dn（res->x509_ca_list[i]，&tmp））<0）{gnutls_assert（）；返回ret；}尺寸+=（2+临时尺寸）；_gnutls_free_datum（&tmp）；}if（res->x509_rdn_sequence.data！=空）gnutls_free（res->x509_rdn_sequence.data）；资源->x509_rdn_sequence.data=gnutls_malloc（大小）；如果（res->x509_rdn_sequence.data==NULL）{gnutls_assert（）；返回GNUTLS_E_MEMORY_ERROR；}res->x509_rdn_sequence.size=大小；更新=res->x509_rdn_sequence.data；对于（i=0；i<res->x509_ncas；i++）{如果（（ret=gnutls_x509_crt_get_raw_dn（res->x509_ca_list[i]，&tmp））<0）{_gnutls自由度（&res->x509_rdn_sequence）；gnutls_assert（）；返回ret；}_gnutls写入数据16（pdata，tmp）；pdata+=（2+tmp.size）；_gnutls_free_datum（&tmp）；}返回0；}
花点时间阅读并理解此代码。真正地。你讲完后，我会在这里等你解释。
这个资源->x509_ca_list变量包含到目前为止存储在内存中的CA的整个列表。它最初是空的。读取第一个文件后，它将包含一个证书。读取第二个文件后，它将包含两个证书，依此类推。
这里发生的事情是，对于要添加的每个证书，都会迭代整个证书列表，而不仅仅是一次，而是两次！调用函数的计算复杂性是O（2*n^2）其中n是要添加的证书名称的数量。第一次迭代是计算保存CA名称的字符串的大小。实际数据被丢弃。第二次迭代为相同的数据调用相同的函数，但现在将输出存储在适当的位置。
优化这一点的第一步是认识到，不需要每次添加新CA时都迭代所有CA。为最近添加的证书添加名称就足够了。由于每次可以添加多个CA，因此该函数需要另一个参数：要预先计算其名称的最近添加的CA的数量。
我们的新代码如下：
静态intadd_new_crt_to_rdn_seq（gnutls_certificate_credentials_tres，int new）{gnutls_datum_ttmp；整数ret；size_t新闻大小；无符号字符*newdata；无符号i；/*将最后添加的CA的DN添加到RDN序列*当证书*请求消息已发送。*//*FIXME：如果是客户，则不需要*这样做。这将节省时间和内存。*然而，我们没有可用的信息*这里。*此外，此功能现在效率更高，*所以优化就不那么重要了。*/for（i=res->x509_ncas-新；i<res->x509_n卡斯；i++）{如果（（ret=gnutls_x509_crt_get_raw_dn（res->x509_ca_list[i]，&tmp））<0）{gnutls_assert（）；返回ret；}新闻大小=res->x509_rdn_sequence.size+2+tmp.size；if（新闻大小<res->x509rdn_sequence.size）{gnutls_assert（）；_gnutls_free_datum（&tmp）；返回GNUTLS_E_SHORT_MEMORY_BUFFER；}新数据=gnutls_realloc（res->x509_rdn_sequence.data，新闻大小）；if（新数据==NULL）{gnutls_assert（）；_gnutls_free_datum（&tmp）；返回GNUTLS_E_MEMORY_ERROR；}_gnutls_write_datum16（新数据+资源->x509_rdn_sequence.size，tmp）；_gnutls_free_datum（&tmp）；res->x509_rdn_sequence.size=新闻大小；res->x509_rdn_sequence.data=新数据；}返回0；}
我更改了函数名，以反映它现在只更新一组最近添加的证书的名称列表。这也有助于查找和更新旧函数的所有调用方。
如您所见，此函数应该很复杂O（n）相反，因为它只添加了最近添加的CA的名称。
但在实践中速度更快吗？让我们检查一下！首先，移除如果（i++>20）断裂；语句，以便我们进行完整测试。为了便于说明，首先链接到旧的libgnutls.a并再次运行旧的测试用例。
茉莉@mocca：~$gcc-o foo foo.c/usr/lib/libgnutls.a-lgcrypt-ltasn1-lz
茉莉@mocca：~$次/foo公司
实际0m40.756s
用户0m40.679s
系统0米0.052秒
茉莉@mocca:~$
同样，这需要大约40秒。现在针对我们修改过的libgnutls重新编译并运行相同的测试：
茉莉@mocca：~$gcc-o foo foo.c/home/jas/src/gnutls/lib/.libs/libgnutls.a-lgcrypt-ltasn1-lz
茉莉@mocca：~$次/foo公司
实际0m0.288s
用户0m0.280
系统0米0.012秒
茉莉@mocca:~$
真 的！从40秒降至0.3秒。现在让我们来看一下callgrind的输出。
代码现在大约有60%的时间花费在add_new_crt_to_rdn_seq（）中，这似乎是合理的。/etc/ssl/certs中有206个文件，这解释了调用计数。一些文件实际上包含几个CA证书（尤其是/etc/ssl/certs/CA-certificates.crt包含大量证书），这解释了为什么gnutls_x509_crt_get_raw_dn被调用408次。
此时，我停止了进一步优化代码。
