在 Linux 中仅用户空间/内核空间中的 Perf 指令/周期计数

Question

我正在尝试使用 perf 分析具有用户空间和内核空间代码的应用程序。我尝试了启用各种内核配置的所有其他可能性，但我无法获得仅在用户空间/内核空间中的指令/周期数。我尝试使用 ":u" 和 ":k 对指令和周期计数的扩展，但我得到的只是答复

$ perf stat -e cycles:u,instructions:u ls

 Performance counter stats for 'ls':

   <not supported>      cycles:u

   <not supported>      instructions:u

       0.006047045 seconds time elapsed

       0.000000000 seconds user
       0.008098000 seconds sys

但是，仅针对循环/指令运行会产生如下所示的正确结果。

$ perf stat -e cycles,instructions ls

 Performance counter stats for 'ls':

          5362086      cycles
            528783      instructions              #    0.10  insn per cycle

       0.005487940 seconds time elapsed

       0.007800000 seconds user
       0.000000000 seconds sys

注意：这里 ls 只是作为一个例子来强调问题。

我正在运行 Linux 5.4 和 perf 版本 5.4.77.g1206eede9156。而且，我正在 ARM 板上运行上述命令。以下是我在 Linux 内核中启用的配置

CONFIG_PERF_EVENTS=y
CONFIG_PROFILING=y
CONFIG_TRACEPOINTS=y
CONFIG_KPROBES=y
CONFIG_OPTPROBES=y
CONFIG_KPROBES_ON_FTRACE=y
CONFIG_UPROBES=y
CONFIG_HAVE_KPROBES=y
CONFIG_HAVE_KRETPROBES=y
CONFIG_HAVE_OPTPROBES=y
CONFIG_HAVE_KPROBES_ON_FTRACE=y
CONFIG_DEBUG_INFO=y
CONFIG_DEBUG_INFO_DWARF4=y
CONFIG_FRAME_POINTER=y
CONFIG_FTRACE=y
CONFIG_KPROBE_EVENTS=y
CONFIG_UPROBE_EVENTS=y
CONFIG_PROBE_EVENTS=y

此外，命令行上的 perf list 列出了硬件/软件事件等等

$ perf list
  branch-instructions OR branches                    [Hardware event]
  branch-misses                                      [Hardware event]
  cache-misses                                       [Hardware event]
  cache-references                                   [Hardware event]
  cpu-cycles OR cycles                               [Hardware event]
  instructions                                       [Hardware event]
  alignment-faults                                   [Software event]
  bpf-output                                         [Software event]
  context-switches OR cs                             [Software event]
  cpu-clock                                          [Software event]
  cpu-migrations OR migrations                       [Software event]
  dummy                                              [Software event]
  emulation-faults                                   [Software event]
  major-faults                                       [Software event]
  minor-faults                                       [Software event]
  page-faults OR faults                              [Software event]
  task-clock                                         [Software event]
  duration_time                                      [Tool event]
  L1-dcache-load-misses                              [Hardware cache event]
  L1-dcache-loads                                    [Hardware cache event]
  L1-dcache-prefetch-misses                          [Hardware cache event]
  L1-dcache-prefetches                               [Hardware cache event]
  L1-dcache-store-misses                             [Hardware cache event]
  L1-dcache-stores                                   [Hardware cache event]
  L1-icache-load-misses                              [Hardware cache event]
  L1-icache-loads                                    [Hardware cache event]
  L1-icache-prefetch-misses                          [Hardware cache event]
  L1-icache-prefetches                               [Hardware cache event]
  branch-load-misses                                 [Hardware cache event]
  branch-loads                                       [Hardware cache event]
  dTLB-load-misses                                   [Hardware cache event]
  dTLB-store-misses                                  [Hardware cache event]
  iTLB-load-misses                                   [Hardware cache event]

请建议如何解决此问题。我做错了什么吗？

Answer 1

为我工作，444,022 cycles:u 为 perf stat -e cycles:u ls。 perf 版本 5.13.g62fb9874f5da，在 Linux 5.12.15-arch1-1 上，在裸机 (x86-64 Skylake) 上，perf_event_paranoid=0.
（使用现代性能，您还可以使用 perf stat --all-user 来暗示所有事件的 :u。）

我猜你的 ARM CPU 的硬件性能计数器不支持使用特权级别的掩码进行编程，因此 perf 报告说没有硬件计数器能够仅计算用户空间指令。

AFAIK，在每个中断入口点都没有钩子来启用/禁用硬件计数器；仅计算内核、仅用户或两者都计算纯粹是硬件功能。

显然，硬件支持对于准确计数至关重要，因为在软件实现中，计数器仍会计数，直到运行保存当前计数的内核代码。 （以及恢复状态后，返回用户空间之前的内核代码。）此外，它会使每个中断和系统调用更加昂贵，而不是仅通过在任务/线程之间的每次上下文切换中保存/恢复它们来虚拟化性能计数器。因此，内核有充分的理由不支持在软件中进行松散的尝试，即使在没有硬件支持权限掩码的 CPU 上也是如此。