Myeunomia bpf/bpf developer tutorial (#5)

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saivian1
2022-12-12 22:09:34 +08:00
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## eBPF 入门实践教程:
## eBPF 入门开发实践指南九:一个 Linux 内核 BPF 程序,通过柱状图来总结调度程序运行队列延迟,显示任务等待运行在 CPU 上的时间长度
eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) 是 Linux 内核上的一个强大的网络和性能分析工具。它允许开发者在内核运行时动态加载、更新和运行用户定义的代码。
## origin
## runqlat是什么
bcc-tools 是一组用于在 Linux 系统上使用 BPF 程序的工具。runqlat 是 bcc-tools 中的一个工具,用于分析 Linux 系统的调度性能。
具体来说runqlat 用于测量一个任务在被调度到 CPU 上运行之前在运行队列中等待的时间。这些信息对于识别性能瓶颈和提高 Linux 内核
调度算法的整体效率非常有用
origin from:
## runqlat原理
使用内核跟踪点和函数探针的结合来测量进程在运行队列中的时间。当进程被排队时trace_enqueue 函数会在一个映射中记录时间戳。
当进程被调度到 CPU 上运行时handle_switch 函数会检索时间戳,并计算当前时间与排队时间之间的时间差。这个差值(或 delta
然后用于更新进程的直方图,该直方图记录运行队列延迟的分布。该直方图可用于分析 Linux 内核的调度性能。
## runqlat代码实现
```
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
// Copyright (c) 2020 Wenbo Zhang
#include <vmlinux.h>
#include <bpf/bpf_helpers.h>
#include <bpf/bpf_core_read.h>
#include <bpf/bpf_tracing.h>
#include "runqlat.h"
#include "bits.bpf.h"
#include "maps.bpf.h"
#include "core_fixes.bpf.h"
#define MAX_ENTRIES 10240
#define TASK_RUNNING 0
const volatile bool filter_cg = false;
const volatile bool targ_per_process = false;
const volatile bool targ_per_thread = false;
const volatile bool targ_per_pidns = false;
const volatile bool targ_ms = false;
const volatile pid_t targ_tgid = 0;
struct {
__uint(type, BPF_MAP_TYPE_CGROUP_ARRAY);
__type(key, u32);
__type(value, u32);
__uint(max_entries, 1);
} cgroup_map SEC(".maps");
struct {
__uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);
__uint(max_entries, MAX_ENTRIES);
__type(key, u32);
__type(value, u64);
} start SEC(".maps");
static struct hist zero;
/// @sample {"interval": 1000, "type" : "log2_hist"}
struct {
__uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);
__uint(max_entries, MAX_ENTRIES);
__type(key, u32);
__type(value, struct hist);
} hists SEC(".maps");
static int trace_enqueue(u32 tgid, u32 pid)
{
u64 ts;
if (!pid)
return 0;
if (targ_tgid && targ_tgid != tgid)
return 0;
ts = bpf_ktime_get_ns();
bpf_map_update_elem(&start, &pid, &ts, BPF_ANY);
return 0;
}
static unsigned int pid_namespace(struct task_struct *task)
{
struct pid *pid;
unsigned int level;
struct upid upid;
unsigned int inum;
/* get the pid namespace by following task_active_pid_ns(),
* pid->numbers[pid->level].ns
*/
pid = BPF_CORE_READ(task, thread_pid);
level = BPF_CORE_READ(pid, level);
bpf_core_read(&upid, sizeof(upid), &pid->numbers[level]);
inum = BPF_CORE_READ(upid.ns, ns.inum);
return inum;
}
static int handle_switch(bool preempt, struct task_struct *prev, struct task_struct *next)
{
struct hist *histp;
u64 *tsp, slot;
u32 pid, hkey;
s64 delta;
if (filter_cg && !bpf_current_task_under_cgroup(&cgroup_map, 0))
return 0;
if (get_task_state(prev) == TASK_RUNNING)
trace_enqueue(BPF_CORE_READ(prev, tgid), BPF_CORE_READ(prev, pid));
pid = BPF_CORE_READ(next, pid);
tsp = bpf_map_lookup_elem(&start, &pid);
if (!tsp)
return 0;
delta = bpf_ktime_get_ns() - *tsp;
if (delta < 0)
goto cleanup;
if (targ_per_process)
hkey = BPF_CORE_READ(next, tgid);
else if (targ_per_thread)
hkey = pid;
else if (targ_per_pidns)
hkey = pid_namespace(next);
else
hkey = -1;
histp = bpf_map_lookup_or_try_init(&hists, &hkey, &zero);
if (!histp)
goto cleanup;
if (!histp->comm[0])
bpf_probe_read_kernel_str(&histp->comm, sizeof(histp->comm),
next->comm);
if (targ_ms)
delta /= 1000000U;
else
delta /= 1000U;
slot = log2l(delta);
if (slot >= MAX_SLOTS)
slot = MAX_SLOTS - 1;
__sync_fetch_and_add(&histp->slots[slot], 1);
cleanup:
bpf_map_delete_elem(&start, &pid);
return 0;
}
SEC("raw_tp/sched_wakeup")
int BPF_PROG(handle_sched_wakeup, struct task_struct *p)
{
if (filter_cg && !bpf_current_task_under_cgroup(&cgroup_map, 0))
return 0;
return trace_enqueue(BPF_CORE_READ(p, tgid), BPF_CORE_READ(p, pid));
}
SEC("raw_tp/sched_wakeup_new")
int BPF_PROG(handle_sched_wakeup_new, struct task_struct *p)
{
if (filter_cg && !bpf_current_task_under_cgroup(&cgroup_map, 0))
return 0;
return trace_enqueue(BPF_CORE_READ(p, tgid), BPF_CORE_READ(p, pid));
}
SEC("raw_tp/sched_switch")
int BPF_PROG(handle_sched_switch, bool preempt, struct task_struct *prev, struct task_struct *next)
{
return handle_switch(preempt, prev, next);
}
char LICENSE[] SEC("license") = "GPL";
```
这是一个 Linux 内核 BPF 程序旨在收集和报告运行队列的延迟。BPF 是 Linux 内核中一项技术,它允许将程序附加到内核中的特定点并进行安全高效的执行。这些程序可用于收集有关内核行为的信息,并实现自定义行为。这个 BPF 程序使用 BPF maps和来自 bpf_helpers.h 和 bpf_tracing.h 头文件的帮助程序的组合来收集有关任务何时从内核的运行队列中排队和取消排队的信息,并记录任务在被安排执行之前在运行队列上等待的时间。然后,它使用这些信息生成直方图,显示不同组任务的运行队列延迟分布。这些直方图可用于识别和诊断内核调度行为中的性能问题。
<https://github.com/iovisor/bcc/blob/master/libbpf-tools/runqlat.bpf.c>
This program summarizes scheduler run queue latency as a histogram, showing
how long tasks spent waiting their turn to run on-CPU.
## Compile and Run
@@ -16,7 +176,7 @@ Compile:
```shell
docker run -it -v `pwd`/:/src/ yunwei37/ebpm:latest
```
或者
```console
$ ecc runqlat.bpf.c runqlat.h
Compiling bpf object...
@@ -664,3 +824,15 @@ examples:
./runqlat -p 185 # trace PID 185 only
```
## 总结
一个 Linux 内核 BPF 程序,通过柱状图来总结调度程序运行队列延迟,显示任务等待运行在 CPU 上的时间长度
编译这个程序可以使用 ecc 工具,运行时可以使用 ecli 命令runqlat是一种用于监控Linux内核中进程调度延迟的工具。它可以帮助您了解进程在内核中等待执行的时间并根据这些信息优化进程调度提高系统的性能。要使用runq-lat需要在终端中输入runq-lat命令然后按照提示操作即可。更多的例子和详细的开发指南请参考 eunomia-bpf 的官方文档https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf
## origin
origin from:
<https://github.com/iovisor/bcc/blob/master/libbpf-tools/runqlat.bpf.c>
This program summarizes scheduler run queue latency as a histogram, showing
how long tasks spent waiting their turn to run on-CPU.