性能工具之所以使用擴展的BPF，部分原因在于它的可編程性。BPF程序可以執(zhí)行自定義等待時間計算和統(tǒng)計摘要。僅這些功能就可以構(gòu)成一個有趣的工具，并且還有許多其他具有這些功能的跟蹤工具。使BPF與眾不同的是，它還高效且生產(chǎn)安全，并且內(nèi)置于Linux內(nèi)核中。使用BPF，您可以在生產(chǎn)環(huán)境中運行這些工具，而無需添加任何新的內(nèi)核組件。

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讓我們看一些輸出和一個圖表，以了解性能工具如何使用BPF。該示例來自我發(fā)布的早期BPF工具bitehist，該工具以直方圖的形式顯示了磁盤I/O的大小：

關(guān)鍵的變化是直方圖可以在內(nèi)核上下文中生成，這大大減少了復(fù)制到用戶空間的數(shù)據(jù)量。這種效率的提高是如此之大，以至于它可以允許工具在生產(chǎn)中運行，否則這些工具將太昂貴。詳細地：

在BPF之前，生成此直方圖摘要的完整步驟為：

1.    在內(nèi)核中：為磁盤I / O事件啟用檢測。

2.    在內(nèi)核中，對于每個事件：將一條記錄寫入perf緩沖區(qū)。如果使用跟蹤點(選)，則記錄包含有關(guān)磁盤I / O的元數(shù)據(jù)的幾個字段。

3.    在用戶空間中：定期將所有事件的緩沖區(qū)復(fù)制到用戶空間。

4.    在用戶空間中：遍歷每個事件，為字節(jié)字段解析事件元數(shù)據(jù)。其他字段將被忽略。

5.    在用戶空間中：生成字節(jié)字段的直方圖摘要。

注意：這些是可用的最佳步驟，但它們并沒有顯示唯一的方法。您可以安裝樹外跟蹤器(例如SystemTap)，但是根據(jù)您的內(nèi)核和發(fā)行版，這可能會很艱難。您也可以修改內(nèi)核代碼，或開發(fā)自定義kprobe模塊，但是這兩種方法都涉及挑戰(zhàn)，并帶來風(fēng)險。我開發(fā)了自己的解決方法，稱為“ hacktogram”，其中涉及為直方圖的每一行創(chuàng)建多個帶范圍過濾器的perf(1)統(tǒng)計計數(shù)器[16]。那太差了。

步驟2到步驟4對于高I / O系統(tǒng)具有高性能開銷。想象一下，每秒傳輸10,000個磁盤I / O跟蹤記錄到用戶空間程序以進行分析和匯總。

使用BPF，bitesize程序的步驟為：

1.    在內(nèi)核中：啟用對磁盤I / O事件的檢測，并附加一個由bitesize定義的自定義BPF程序。

2.    在內(nèi)核中，對于每個事件：運行BPF程序。它僅獲取字節(jié)字段，并將其保存到自定義BPF映射直方圖中。

3.    在用戶空間中：一次讀取BPF地圖直方圖并打印出來。

此方法避免了將事件復(fù)制到用戶空間并對其進行重新處理的開銷。它還避免了復(fù)制未使用的元數(shù)據(jù)字段。復(fù)制到用戶空間的唯一數(shù)據(jù)顯示在上一個輸出中：“ count”列，它是數(shù)字?jǐn)?shù)組。

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