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一个系统软件工程师的随手涂鸦

Category: Perf笔记

Perf笔记(七)——perf trace

perf trace有类似于strace功能,可以实时监控程序的系统调用:

# perf trace ./a.out
 0.032 ( 0.002 ms): a.out/7673 brk(                                                                  ) = 0x1e6b000
 0.051 ( 0.005 ms): a.out/7673 access(filename: 0xb7c1cb00, mode: R                                  ) = -1 ENOENT No such file or directory
 0.063 ( 0.005 ms): a.out/7673 open(filename: 0xb7c1a7b7, flags: CLOEXEC                             ) = 3
 0.070 ( 0.002 ms): a.out/7673 fstat(fd: 3, statbuf: 0x7ffffb72bc80                                  ) = 0
 0.073 ( 0.004 ms): a.out/7673 mmap(len: 38436, prot: READ, flags: PRIVATE, fd: 3                    ) = 0x7f18b7e15000
 0.079 ( 0.001 ms): a.out/7673 close(fd: 3                                                           ) = 0
 0.087 ( 0.005 ms): a.out/7673 open(filename: 0xb7e21ec0, flags: CLOEXEC                             ) = 3
 0.093 ( 0.003 ms): a.out/7673 read(fd: 3, buf: 0x7ffffb72be28, count: 832                           ) = 832
 0.099 ( 0.002 ms): a.out/7673 fstat(fd: 3, statbuf: 0x7ffffb72bcc0                                  ) = 0
 0.102 ( 0.003 ms): a.out/7673 mmap(len: 8192, prot: READ|WRITE, flags: PRIVATE|ANONYMOUS, fd: -1    ) = 0x7f18b7e13000
 0.110 ( 0.004 ms): a.out/7673 mmap(len: 2283024, prot: EXEC|READ, flags: PRIVATE|DENYWRITE, fd: 3   ) = 0x7f18b79cf000
 0.116 ( 0.007 ms): a.out/7673 mprotect(start: 0x7f18b79fc000, len: 2093056                          ) = 0
 0.125 ( 0.005 ms): a.out/7673 mmap(addr: 0x7f18b7bfb000, len: 8192, prot: READ|WRITE, flags: PRIVATE|DENYWRITE|FIXED, fd: 3, off: 180224) = 0x7f18b7bfb000
 0.142 ( 0.002 ms): a.out/7673 close(fd: 3                                                           ) = 0
 0.153 ( 0.006 ms): a.out/7673 open(filename: 0xb7e134c0, flags: CLOEXEC                             ) = 3
 0.161 ( 0.003 ms): a.out/7673 read(fd: 3, buf: 0x7ffffb72bdf8, count: 832                           ) = 832
 0.165 ( 0.002 ms): a.out/7673 fstat(fd: 3, statbuf: 0x7ffffb72bc90                                  ) = 0
 0.169 ( 0.005 ms): a.out/7673 mmap(len: 2216432, prot: EXEC|READ, flags: PRIVATE|DENYWRITE, fd: 3   ) = 0x7f18b77b1000
......

Perf笔记(六)——编译和使用最新版本的perf

AcmeLinux perfmaintainer,他的perf/core分支包含了perf工具的最新功能。所以如果想体验最新版本的perf,可以下载和编译Acmeperf

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/acme/linux -b perf/core
cd linux/tools/perf
make

Perf笔记(五)——显示具体函数的profiling信息

在使用perf report命令显示profiling的结果时:

1
a可以显示当前函数的profiling信息以及汇编指令:

2

Perf笔记(四)——profile应用程序

使用perf record命令可以profile应用程序  (编译程序要使用-g,推荐使用-g -O2

perf record program [args]

或者在程序启动以后,使用-p pid选项:

perf record -p pid

默认情况下,信息会存在perf.data文件里,使用perf report命令可以解析这个文件:

Capture

哪些函数占用CPU比较多,一目了然。

另外,在使用perf record时可以加--call-graph dwarf选项:

--call-graph
 Setup and enable call-graph (stack chain/backtrace) recording, implies -g.
 Default is "fp".

采样结果如下:

Capture

关于ChildrenSelf的含义,perf wiki给了一个详尽的解释。以下列代码为例:

void foo(void) {
    /* do something */
}

void bar(void) {
    /* do something */
    foo();
}

int main(void) {
    bar()
    return 0;
}

Self表示函数本身的overhead:如果foo函数的overhead60%,那么barSelf overhead就是40%(刨除foo所占部分)。因为foobar都是main的子函数,所以二者的overhead都要计算入mainChildren overhead

对于采用--call-graph dwarf选项生成的perf.data做出的火焰图如下:

Capture可以看到显示了完整的函数调用栈。

Perf笔记(三)——tiptop

Tiptop是一个Linux系统性能工具,它通过读取CPU硬件计数器的信息(比如cahche missexecuted instructions per cycle等等),使我们对程序的执行效率有了更清晰的认识:

Capture

Tiptop通过perf_event_open(http://man7.org/linux/man-pages/man2/perfeventopen.2.html)系统调用(2.6.31版本称为perf_counter_open)来完成读取硬件计数器信息:

int perf_event_open(struct perf_event_attr *attr,
                           pid_t pid, int cpu, int group_fd,
                           unsigned long flags);

attr用来指定需要关注哪些硬件计数器;pidcpu指定关注运行在哪些CPU的进程(线程);group_fd用来设定event group,创建group leader时,group_fd设为-1flags可以置为0

perf_event_open执行成功后会返回一个有效的文件描述符,后续可通过ioctlread系统调用对这个文件描述符进行操作,达到想要的目的。

Perf笔记(二)

Perf_events所处理的hardware event(硬件事件)需要CPU的支持,而目前主流的CPU基本都包含了PMUPerformance Monitoring Unit,性能监控单元)。PMU用来统计性能相关的参数,像cache命中率,指令周期等等。由于这些统计工作是硬件完成的,所以CPU开销很小。

X86体系结构为例,PMU包含了两种MSRsModel-Specific Registers,之所以称之为Model-Specific,是因为不同modelCPU,有些register是不同的):Performance Event Select RegistersPerformance Monitoring CountersPMC)。当想对某种性能事件(performance event)进行统计时,需要对Performance Event Select Register进行设置,统计结果会存在Performance Monitoring Counter中。

perf_events工作在采样模式(samplingperf record命令即工作在这种模式)时,由于采样事件发生时和实际处理采样事件之间有时间上的delay,以及CPU流水线和乱序执行等因素,所以得到的指令地址IP(Instruction Pointer)并不是当时产生采样事件的IP,这个称之为skid。为了改善这种状况,使IP值更加准确,Intel使用PEBSPrecise Event-Based Sampling),而AMD则使用IBSInstruction-Based Sampling)。

PEBS为例:每次采样事件发生时,会先把采样数据存到一个缓冲区中(PEBS buffer),当缓冲区内容达到某一值时,再一次性处理,这样可以很好地解决skid问题。

执行一下perf list --help命令,会看到下面内容:

The p modifier can be used for specifying how precise the instruction address should be. The p modifier can be specified multiple times:

       0 - SAMPLE_IP can have arbitrary skid
       1 - SAMPLE_IP must have constant skid
       2 - SAMPLE_IP requested to have 0 skid
       3 - SAMPLE_IP must have 0 skid

For Intel systems precise event sampling is implemented with PEBS which supports up to precise-level 2.

现在可以理解,经常看到的类似“perf record -e "cpu/mem-loads/pp" -a”命令中,pp就是指定IP精度的。

Perf笔记(一)

Perf_events是目前在Linux上使用广泛的profiling/tracing工具,除了本身是内核(kernel)的组成部分以外,还提供了用户空间(user-space)的命令行工具(“perf”,“perf-record”,“perf-stat”等等)。

perf_events提供两种工作模式:采样模式(sampling)和计数模式(counting)。“perf record”命令工作在采样模式:周期性地做事件采样,并把信息记录下来,默认保存在perf.data文件;而“perf stat”命令工作在计数模式:仅仅统计某个事件发生的次数。

我们经常看到类似这样的命令:“perf record -a ...... sleep 10”。在这里,“sleep”这个命令相当于一个“dummy”命令,没有做任何有意义的工作,它的作用是让“perf record”命令对整个系统进行采样,并在10秒后自动结束采样工作。

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