从内核读取性能寄存器

Question

我想读取某些性能计数器。我知道有像 perf 这样的工具，可以在用户空间本身为我完成，我希望代码在 Linux 内核中。

我想编写一种机制来监控 Intel(R) Core(TM) i7-3770 CPU 上的性能计数器。除了使用之外，我还使用 Ubuntu 内核 4.19.2。我从easyperf得到了以下方法

这是我阅读说明的部分代码。

  struct perf_event_attr *attr
  memset (&pe, 0, sizeof (struct perf_event_attr));
  pe.type = PERF_TYPE_HARDWARE;
  pe.size = sizeof (struct perf_event_attr);
  pe.config = PERF_COUNT_HW_INSTRUCTIONS;
  pe.disabled = 0;
  pe.exclude_kernel = 0;
  pe.exclude_user = 0;
  pe.exclude_hv = 0;
  pe.exclude_idle = 0;

  fd = syscall(__NR_perf_event_open, hw, pid, cpu, grp, flags);

  uint64_t perf_read(int fd) {
    uint64_t val;
    int rc;
    rc = read(fd, &val, sizeof(val));
    assert(rc == sizeof(val));
    return val;
  }

我想在内核代码（context switch 函数）中放入相同的行并检查正在读取的值。

我的最终目标是找出一种方法来读取进程的性能计数器，每次它切换到另一个进程时，都从内核 (4.19.2) 本身。

为了实现这一点，我查看了系统调用号 __NR_perf_event_open 的代码。可以找到here 为了使其可用，我将其中的代码复制为一个单独的函数，在同一个文件中将其命名为 perf_event_open() 并导出。

现在问题是每当我以与上面相同的方式调用 perf_event_open() 时，返回的描述符是 -2。检查error codes，我发现错误是ENOENT。在perf_event_open() man page中，这个错误的原因被定义为错误的type字段。

由于文件描述符与打开它们的进程相关联，如何从内核中使用它们？是否有另一种方法可以将 pmu 配置为在不涉及文件描述符的情况下开始计数？

Answer 1

您可能不希望在上下文切换函数中重新编程计数器的开销。

最简单的方法是从用户空间进行系统调用以对 PMU 进行编程（计算某些事件，可能将其设置为在内核模式下计数，但 不是用户空间，只是这样计数器溢出较少）。

然后在您的自定义内核代码中使用两次rdpmc（以获取启动/停止计数）。计数器将继续运行，我猜内核性能代码将在它回绕时处理中断。 （或者当它的 PEBS 缓冲区已满时。）

IDK 如果可以对计数器进行编程，使其在不中断的情况下进行包装，对于像这样的用例，您不关心总计或基于样本的分析，而只想使用rdpmc。如果是这样，那就这样做吧。

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旧答案，解决您的旧问题，该问题基于错误的printf 格式字符串，即使您也没有计算用户空间中的任何内容，该字符串仍在打印非零垃圾。

您的内联汇编看起来是正确的，所以问题是在您的代码运行的上下文中，PMU 计数器被编程为在内核模式下计数到底是什么。

perf 在上下文切换时虚拟化 PMU 计数器，从而产生perf stat 计数单个进程的错觉，即使它跨 CPU 迁移也是如此。除非您使用perf -a 来获取系统范围的计数，否则 PMU 可能不会被编程为计数任何东西，因此即使在其他时间它被编程为计数快速变化的事件（如周期），多次读取都会给出0或说明。

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您确定您已将 perf 设置为计算用户 + 内核事件，而不仅仅是用户空间事件吗？

perf stat 将显示类似instructions:u 而不是instructions 如果它将自身限制在用户空间。 （如果您没有将 sysctl kernel.perf_event_paranoid 降低到 0 或不让用户空间了解有关内核的任何内容的安全默认值，这是非 root 用户的默认值。）

硬件支持将计数器编程为仅在 CPL != 0 时计数（即不在环 0/内核模式下）。kernel.perf_event_paranoid 的较高值限制 perf API 不允许编程在内核+用户模式下计数的计数器，但即使使用paranoid = -1，也可以通过这种方式对其进行编程。如果这就是你编写计数器的方式，那么这就解释了一切。

我们需要查看您编写计数器的代码。这不会自动发生。

当没有进程使用 PAPI 函数启用每个进程或系统范围的计数器时，内核不会让计数器一直运行；这会产生中断，使系统变慢而无益。