Perf指令/周期在Linux中仅在用户空间/内核空间中计算

Question

我试图使用perf分析一个具有用户空间和内核空间代码的应用程序。我尝试了所有其他的支持各种内核配置的可能性，但是我无法获得仅在userspace/核空间中的指令/周期计数。我尝试使用":u“和":k扩展的指令和循环计数，但我得到的答复是

$ 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，只运行循环/指令就会得到如下所示的适当结果。

$ 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: ls只是作为一个例子来突出这个问题。

我正在运行Linux5.4和perf版本5.4.77.g1206eede9156。我在手臂板上运行上面的命令。下面是我在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列表还列出了硬件/软件事件等。

$ 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]

请建议如何解决这个问题。我做错什么了吗？

Answer 1

为我工作，444,022 cycles:u为perf stat -e cycles:u ls工作。perf版本5.13.g62fb9874f5da，Linux5.12.15-arch1-1，裸金属(x86-64-Skylake)，带有perf_event_paranoid=0。

(使用现代perf，您还可以使用perf stat --all-user来暗示所有事件的:u。)

我猜您的ARM CPU的硬件perf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可以只计算用户空间指令。

AFAIK，并不是每个中断入口点都有钩子来启用/禁用HW计数器；仅计算内核，只有用户，或者两者都是硬件特性。

HW支持显然是精确计数的关键，因为在软件实现中，计数器仍然在计数，直到内核代码运行到保存了当前计数的内核代码为止。(以及在还原状态之后、返回到用户空间之前的内核代码。)而且，它将使每一个中断和系统调用都变得更加昂贵，而不仅仅是通过保存/还原每个任务/线程之间的上下文切换来虚拟化perf计数器。因此，即使在没有HW支持特权掩码的CPU上，内核也有很好的理由不支持在软件中执行此操作的松散尝试。