实现一个中断驱动的采样分析器

Implementing an Interrupt driven Sampling Profiler

本文关键字：中断驱动 采样 分析器 一个 实现      更新时间：2023-10-16

我正在尝试创建一个在linux上工作的采样分析器，我不确定如何发送中断或如何获得程序计数器(pc)，因此我可以找出程序在中断时的位置。

我已经尝试使用信号(SIGUSR1, Foo*)和调用backtrace，但是当我raise(SIGUSR1)而不是程序正在运行的线程时，我得到了线程的堆栈。我真的不确定这是否是正确的方法……

任何建议吗?

如果您必须编写一个分析器，让我建议您使用一个好的(Zoom)作为您的模型，而不是一个坏的(gprof)。这些是它的特点。

有两个阶段。首先是数据收集阶段:

  • 当它获取一个样本时，它读取整个调用堆栈，而不仅仅是程序计数器。

  • 即使进程由于I/O，睡眠或其他任何原因而阻塞，也可以进行采样。

  • 您可以打开/关闭采样，以便仅在您关心的时间进行采样。例如，在等待用户输入某些内容时，采样是没有意义的。

第二个是数据表示阶段。你所拥有的是一个堆栈样本的集合，其中堆栈样本是一个内存地址的向量，这些地址几乎都是返回地址。每个返回地址表示函数中的一行代码，除非它是在某些没有符号信息的系统例程中。

关键的有用信息是驻留分数(通常表示为百分比)。如果总共有m堆栈样本，并且代码行L出现在样本的n上的任何位置，则其驻留分数为n/m。这是成立的即使L在一个样本中出现了不止一次，那仍然只是它出现的一个样本。驻留分数的重要性在于它直接表明了语句L占用了多少时间。如果你取了m=1000个样本，L出现在n=300个样本上，那么L的居住分数是300/1000或30%。这意味着如果L可以被移除，总时间将减少30%。它通常被称为包括的百分比。

您不仅可以为代码行确定驻留分数，还可以为您可以描述的任何其他内容确定驻留分数。例如，代码行L位于某个函数F内。因此您可以确定函数的驻留分数，而不是代码行数。这样就得到了包含函数的百分比。你可以看看函数对，比如在样本的多少百分比上你看到函数F调用函数G。这将为您提供构成呼叫图的信息。

你可以从堆栈样本中得到各种各样的信息。一种常见的是"蝴蝶视图"，在这种视图中，您将"焦点"放在一行L或函数F上，并在一边显示堆栈样本中紧邻它的所有行或函数，而在另一边显示紧邻它的所有函数行。在每一个上面，你都可以显示居住分数。您可以在这里单击，以尝试找到具有高驻留分数的代码行，您可以找到消除或减少这些代码行的方法。这就是提高代码速度的方法。

无论您为输出做什么，我认为允许用户实际检查其中的一小部分是非常重要的，这些是随机选择的。它们传达的信息比任何浓缩信息的方法都要深刻得多。

知道分析器应该做什么很重要，知道不应该做什么也很重要，即使很多其他分析器都在做:

  • 自我时间。一个无用的号码。看看一些合理大小的程序，你就知道为什么了。

  • 调用计数。对于寻找具有高驻留分数的代码没有任何帮助，而且无论如何，您无法仅通过示例获得它。

  • 高频采样。令人惊讶的是，很多人，当然是分析器构建者，认为获得大量的样本是很重要的。假设直线L是1000个样本的30%那么它真正的包容性百分比是30±1.4%。另一方面，如果它在10样品的30%上，则其包含百分比为30 +/- 14%。它仍然相当大——大到足以修复。在大多数分析器中发生的事情是人们认为他们需要"数值精度"，所以他们采取了大量的样本并积累了他们所谓的"统计"，然后扔掉了样本。这就像挖出钻石，称重，然后扔掉。真正的价值在于样本本身，因为它们能告诉你问题出在哪里。

可以使用目标线程的pthread_kill和tid (gettid())向特定线程发送信号。

创建简单分析器的正确方法是使用setitimer，它可以发送周期性信号(SIGALRM或SIGPROF)，例如，每10毫秒;或者posix计时器(timer_create, timer_settime，或timerfd)，不需要单独的线程来发送分析信号。检查google-perftools (gperftools)的源代码，它们使用setitimer或posix定时器，并通过回溯收集配置文件。

gprof也使用setitimer来实现cpu时间分析。安排内核定期向进程发送信号(通常通过setitimer())")。

示例:gperftools源代码中setitimer的代码研究结果:https://code.google.com/p/gperftools/codesearch#search/&q=setitimer&sq=package:gperftools&type=cs

void ProfileHandler::StartTimer() {
  if (!allowed_) {
    return;
  }
  struct itimerval timer;
  timer.it_interval.tv_sec = 0;
  timer.it_interval.tv_usec = 1000000 / frequency_;
  timer.it_value = timer.it_interval;
  setitimer(timer_type_, &timer, 0);
}

你应该知道settimer有fork和clone的问题;它不适用于多线程应用程序。有尝试创建helper包装器:http://sam.zoy.org/writings/programming/gprof.html(错误的一个)，但我不记得，它是否正常工作(setitimer通常发送进程范围的信号，而不是线程范围的)。UPD:似乎自linux内核2.6.12以来，setitimer的信号被定向到整个进程(任何线程都可能得到它)。

要将信号从timer_create引导到特定的线程，需要gettid() (#include <sys/syscall.h>, syscall(__NR_gettid))和SIGEV_THREAD_ID flag。不要检查如何使用thread_create创建周期性posix计时器(可能使用timer_settime和非零it_interval)。

PS:维基教科书中有一些概要分析:http://en.wikibooks.org/wiki/Introduction_to_Software_Engineering/Tools/Profiling

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