Linux性能檢測工具perf工作原理

perf是一個面向事件(event-oriented)的性能檢測工具，內置於Linux內核，又稱 perf_events

event 可能的來源:

perf 工具有以下四種 event :

1. software events
   使用內核的計數器 kernel counters，記錄系統級事件。例如上下文切換，page fault等

2. hardware events
   使用CPU的 Performance Monitoring Unit (PMU)，記錄微體系結構(micro-architecture)事件。例如cycle數，指令執行數 instructions retired，L1 cache misses等
   PMU是一種寄存器，用於記錄指定事件發生的次數(perf stat -e 多個事件用逗號隔開)。使用PMU計數時，會設定 Sample After Value (SAV)。當PMU的值超過SAV，將觸發一個硬件中斷，中斷處理程序可以收集CPU的IP，調用堆棧，PID等信息，並認為這SAV次事件都是由於當前指令造成的。
   hardware events 記錄的誤差可能來自於：

• 超線程共享PMU: 開啟超線程后，一個物理核心被虛擬化為兩個邏輯核心，但依然共用同一個PMU
• 事件滑行(Hardware Event Skid): 硬件延遲或指令流重排導致記錄的IP並沒指向真正發生事件的指令
• 多路復用：如果記錄的事件種類超過了PMU的數量，會對PMU進行多路(時分)復用
• 中斷屏蔽: 用於記錄指令的這個中斷可能會被其它中斷屏蔽掉

詳細參考: Understanding How General Exploration Works in Intel® VTune™ Amplifier

3. hardware cache events
   一類特別的 hardware events：有 L1 (d/i)cache, LLC(Last Level Cache), (d/i)TLB, branch 事件

4. tracepoint events
   使用內核提供的 ftrace 系統調度追蹤器

最常用到的命令：

perf stat: obtain event counts
perf record: record events for later reporting
perf report: break down events by process, function, etc.
perf annotate: annotate assembly or source code with event counts
perf top: see live event count
perf bench: run different kernel microbenchmarks

更細節的使用方法可以在上述命令后加-h查看

參考資料：

1. perf Examples
2. Linux kernel profiling with perf