记录线程事件

Question

假设我需要定期查看一个线程的状态，并在整个程序执行过程中记录它的状态。我不知道该如何开始考虑这个问题。有什么建议(双关语？)？我在Linux上，使用gcc，phreads和C，可以使用所有常用的Linux工具。基本上，我想我是在问如何为线程构建一个简单的分析器，它将告诉我在程序执行期间线程处于某种或其他状态的时间有多长。

我希望能够像Threadscope那样创建图形。X轴是时间，Y轴是核心/线程数，“颜色”是状态:绿色表示运行，橙色表示垃圾回收，依此类推。现在这样做更有意义了吗？

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Answer 1

对于特定于Linux的解决方案，您可能希望分别查看进程和线程统计信息的/proc/<pid>/stat和/proc/<pid>/task/<tid>/stat。请查看proc(5)手册页面，了解其中所有字段的完整描述(在线http://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html -搜索/proc/[pid]/stat)。具体地说，至少cutime和stime字段是您感兴趣的。这些是单调递增的时间，因此您需要记住之前测量的值，以便能够在给定的时间片期间生成进程/线程所花费的时间，以便为您的图表生成数据。(这就是top(1)的工作方式。)

然而，对于分析器来说，区分不同的状态会使问题更加复杂。分析器如何区分所分析的程序处于哪种状态？在我看来，被分析的程序线程需要以某种方式向分析器发出信号。对于这种状态共享，您需要有某种定制的解决方案(除非您可以在不同的线程中运行不同的状态，并以这种方式进行区分，我对此表示怀疑)。

如果状态转换是在一个地方完成的(例如，在示例中输入GC并离开GC )，那么一种方法如下：

1. 被监视的线程将通过使用POSIX函数clock_gettime()来获取特定状态的开始和结束时间-使用clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &tp)可以获取进程时间，使用clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, &tp)可以获取线程时间(两者都是单调递增的)。
3. 如果分析器应用程序知道进入和离开状态的线程时间，那么因为它知道在测量切片改变时的线程时间值，它可以确定在报告时间片内报告的状态花费了多少线程时间(当然，这里我们需要调整状态的开始时间，使其与下一个报告时间片的开始时间相等)。
4. 整个过程在特定状态上花费的时间可以通过将该状态的线程时间相加来计算。

请注意，通过/proc/<pid>/stat或/proc/<pid>/task/<tid>/stat，测量精度不是很好(时钟滴答，通常以10ms为单位)，但我不知道从进程/线程外部获取计时信息的其他方法。函数clock_gettime()提供非常精确的时间(名义上是纳秒精度，但请注意，至少在某些MIPS和ARM系统中，精度与/proc下的stat文件一样差，这是因为在Linux内核中不存在这些字段的精确计时器读数的实现)。您还需要做一些实验，以确保这两个计时源真的会给出相同的结果(通过从相同的线程读取两个值)。当然，您可以在线程中使用这些/proc/.../stat文件，但除非您在状态中花费大量时间，否则准确性并不是很好。

Answer 2

嗯，与haskell编译器生成并由Threadscope处理的性能分析信息直接匹配的是，使用C和GCC的gprof实用程序(它是binutils的一部分)。

为了让它能与pthread一起正常工作，你需要每个线程都触发一些计时器初始化函数。这可以在不修改代码的情况下使用pthread包装器库：http://sam.zoy.org/writings/programming/gprof.html来完成。我最近没有处理这个问题，可能是有些东西已经改变了，不再需要包装器了……

至于解释分析结果的图形用户界面，有kprof (http://kprof.sourceforge.net)。不幸的是，AFAIK它不能生成线程持续时间图，因为你必须使用gprof生成的文本信息来处理你自己的解决方案。

如果你对使用GCC提供的“标准”解决方案不挑剔，你可以试试这个：http://code.google.com/p/gperftools/?redir=1 (没有亲自尝试，但听到了不错的意见)。

祝好运!

Answer 3

看看Intel VTune Amplifier XE (以前的…英特尔线程档案器)，查看它是否能满足您的需求。此开发工具和其它英特尔Linux开发工具均可通过free for non-commercial use获得。

在展示多线程应用程序的时间线的视频Using the Timeline in Intel VTune Amplifier XE中，在9:20，演示者提到"...with帧Using the Timeline in Intel VTune Amplifier XE，您可以通过编程方式标记代码中的某些事件或阶段。这些标记将出现在时间线上。“