bpf-developer-tutorial/12-profile/README.md

eBPF 入门实践教程：编写 eBPF 程序 profile 进行性能分析

背景

profile 是一款用户追踪程序执行调用流程的工具，类似于perf中的 -g 指令。但是相较于perf而言， profile的功能更为细化，它可以选择用户需要追踪的层面，比如在用户态层面进行追踪，或是在内核态进行追踪。

实现原理

profile 的实现依赖于linux中的perf_event。在注入ebpf程序前，profile 工具会先将 perf_event 注册好。

static int open_and_attach_perf_event(int freq, struct bpf_program *prog,
				      struct bpf_link *links[])
{
	struct perf_event_attr attr = {
		.type = PERF_TYPE_SOFTWARE,
		.freq = env.freq,
		.sample_freq = env.sample_freq,
		.config = PERF_COUNT_SW_CPU_CLOCK,
	};
	int i, fd;

	for (i = 0; i < nr_cpus; i++) {
		if (env.cpu != -1 && env.cpu != i)
			continue;

		fd = syscall(__NR_perf_event_open, &attr, -1, i, -1, 0);
		if (fd < 0) {
			/* Ignore CPU that is offline */
			if (errno == ENODEV)
				continue;
			fprintf(stderr, "failed to init perf sampling: %s\n",
				strerror(errno));
			return -1;
		}
		links[i] = bpf_program__attach_perf_event(prog, fd);
		if (!links[i]) {
			fprintf(stderr, "failed to attach perf event on cpu: "
				"%d\n", i);
			links[i] = NULL;
			close(fd);
			return -1;
		}
	}

	return 0;
}

其ebpf程序实现逻辑是对程序的堆栈进行定时采样，从而捕获程序的执行流程。

SEC("perf_event")
int do_perf_event(struct bpf_perf_event_data *ctx)
{
	__u64 id = bpf_get_current_pid_tgid();
	__u32 pid = id >> 32;
	__u32 tid = id;
	__u64 *valp;
	static const __u64 zero;
	struct key_t key = {};

	if (!include_idle && tid == 0)
		return 0;

	if (targ_pid != -1 && targ_pid != pid)
		return 0;
	if (targ_tid != -1 && targ_tid != tid)
		return 0;

	key.pid = pid;
	bpf_get_current_comm(&key.name, sizeof(key.name));

	if (user_stacks_only)
		key.kern_stack_id = -1;
	else
		key.kern_stack_id = bpf_get_stackid(&ctx->regs, &stackmap, 0);

	if (kernel_stacks_only)
		key.user_stack_id = -1;
	else
		key.user_stack_id = bpf_get_stackid(&ctx->regs, &stackmap, BPF_F_USER_STACK);

	if (key.kern_stack_id >= 0) {
		// populate extras to fix the kernel stack
		__u64 ip = PT_REGS_IP(&ctx->regs);

		if (is_kernel_addr(ip)) {
		    key.kernel_ip = ip;
		}
	}

	valp = bpf_map_lookup_or_try_init(&counts, &key, &zero);
	if (valp)
		__sync_fetch_and_add(valp, 1);

	return 0;
}

通过这种方式，它可以根据用户指令，简单的决定追踪用户态层面的执行流程或是内核态层面的执行流程。

Eunomia中使用方式

总结

profile 实现了对程序执行流程的分析，在debug等操作中可以极大的帮助开发者提高效率。