作者/刘栋(劳特巴赫(姑苏)技能有限公司，江苏 姑苏 215021)
摘要：跟着Linux体系的杂乱度越来越高，怎么调试并优化体系功用，以进步体系硬件的运用功率，减轻体系负载也越来越重要。其关系到整个产品的本钱和运用体会，乃至影响产品上市期限。
尽管在Linux中，有许多开源软件能够用来丈量整个体系的功用，可是这些软件一起或许也会引入其他问题，终究导致调试优化进程变得愈加杂乱。本文将介绍德国的ADIT公司面对的类似问题，并终究怎么运用劳特巴赫的TRACE32这一非侵入式硬件盯梢东西来处理这些问题。
要害词：硬件盯梢;调试;Linux
1 Linux软件调试的应战
德国ADIT(Advanced Driver Information Technology
GmbH)的开始计划是在Arm和Intel渠道上均布置Linux，运用SystemTap来丈量全体体系功用以定位并消除功用瓶颈。SystemTap运用了Linux的一些很好的功用：uprobe和kprobe。这些功用答应用户创立一个动态的盯梢进程，能够别离盯梢用户等级和内核等级的函数。
凭借东西来减轻体系负载这个理念自身并没有问题，而且ADIT一开始也希望比如SystemTap等软件东西仅对全体体系的实时功用发生较小的影响。但是出人意料的是，运用了这些软件后，Arm渠道相较于Intel渠道而言，其体系速度的下降起伏显着大于后者。为了承认问题所在，ADIT创立了一个空函数，而且经过uprobe来进行丈量。成果表明，在Arm渠道上，调用一次uprobe耗费的时刻是Intel渠道的两倍。由于uprobe内部运用了kprobe，所以开始的怀疑是kprobe导致了前述问题。但是这种怀疑是过错的，由于实际上kprobe在Arm处理器上比在Intel处理器上运转得更快，所以很显然问题出在uprobe代码中。已然问题出在软件盯梢东西的代码中，那么软件盯梢东西就不合适用来处理定位问题。
“由于内核uprobe代码并不简略，一时刻我不知道该怎么持续。所以我决议运用TRACE32来对之前的问题一探终究。有些时分，图像是很有协助的。依据图表，我能够挑选部分区域的代码来做更深层次的剖析。”ADIT的开发者Frederic
Berat说道。
2 TRACE32 PowerTrace硬件盯梢作用
因而，ADIT决议运用TRACE32
PowerTrace的硬件盯梢功用，该盯梢功用不会对方针体系的时序有任何影响，一起也答应运用者对最小代码部分进行深入剖析。
Arm和Intel设备都能供给非侵入式的程序流信息，Arm的这种技能是ETM(嵌入式盯梢宏单元)，Intel相应的技能则是IPT(Intel处理器盯梢)。代码的履行信息会经过一系列专用的引脚传输出来。TRACE32东西连上这些引脚后，无需修正客户任何程序代码，就能够实时搜集数据并剖析，以此发生应用程序的函数流和每个函数的具体时序。
ADIT的工程师在他们当时的体系状态下，直接衔接TRACE32硬件后(如图1)，仅需在TRACE32软件的TPIU装备窗口对PortSize和PortMode进行恰当挑选(如图2)，即可获取实时的盯梢数据。整个体系的函数流都会被TRACE32软件重建并以计算的方法进行展示，例如时序图或函数层级图。终究汇总成的这张图表，复原出了一个完好的Linux体系的运转进程，不只包括内核代码也包括用户代码。依据这张图表，ADIT的工程师们方便地定位到体系时刻耗费的要害函数。一起他们也注意到开源功用测验软件kprobe和uprobe给整个体系带来的功用瓶颈。
经过运用TRACE32的高档剖析特性，ADIT的工程师们快速地定位出两个显着的问题点(见图3和图4)。最显着的一个瓶颈，就是在Arm渠道，uprobe调用了preempt_disable()和preempt_enable()共四次，每一次都需求耗时0.6μs查看栈帧。这样总共导致了2.4μs的拖延。但这个现象在Intel渠道上并不会呈现。尽管单次调用uprobe引起的2.4μs拖延好像并不是很长，但由于每秒都调用了许屡次，这部分推迟会敏捷累积成严峻的滞后。再进一步，第二个瓶颈是uprobe调用进程中的字符串操作。而且，受制于Arm和Intel之间的架构差异，这个瓶颈时刻并不固定。
假如没有实时盯梢功用，这些瓶颈就简直很难被发现。而有了实时盯梢功用后，把这些信息盯梢并记录下就很简略。清晰了从何处着手查询，经过对盯梢成果的剖析，ADIT的工程师承认首要问题在于内核装备。在跨渠道搬迁进程中，CONFIG_PREEMPT_TRACE这个装备项被无意地运用了。盯梢成果显现，这个装备被翻开后，在Arm渠道会导致栈打开，但在Intel渠道并没有影响，而正是这导致了两个渠道之间显着的功用差异。
3 定论
经过本文事例能够看出，在Linux体系功用剖析和优化进程中，依据硬件的非侵入式实时盯梢技能，不只能够完成开源盯梢软件的一切功用，而且也能够对Boot相关的代码进行盯梢剖析，一起还防止引入一些其他问题，而且计算成果更精确、数据剖析方式更灵敏。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第3期第27页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
