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Aperçu

Linux propose une large palette d’outils pour la mesure de performances :

strace

strace est un outil permettant de surveiller les appels système utilisés par une application sous Linux

# strace -tt ./clock 1

01:43:36.802013 execve("./clock", ["./clock", "1"], 0xffffc8c547e0 /* 16 vars */) = 0
01:43:36.804217 brk(NULL) = 0x89f2000
01:43:36.804476 mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xffffb05d .
01:43:36.804795 faccessat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directo .
01:43:36.805084 openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = -1 ENOENT (No such file or .
01:43:36.805252 openat(AT_FDCWD, "/lib/tls/aarch64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = -1 ENOENT (No su .
01:43:36.805444 newfstatat(AT_FDCWD, "/lib/tls/aarch64", 0xfffff027b800, 0) = -1 ENOENT (No such fil ..
01:43:36.805662 openat(AT_FDCWD, "/lib/tls/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = -1 ENOENT (No such file ..
01:43:36.805840 newfstatat(AT_FDCWD, "/lib/tls", 0xfffff027b800, 0) = -1 ENOENT (No such file or ...
01:43:36.805965 openat(AT_FDCWD, "/lib/aarch64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = -1 ENOENT (No such ...
01:43:36.806093 newfstatat(AT_FDCWD, "/lib/aarch64", 0xfffff027b800, 0) = -1 ENOENT (No such file ...
01:43:36.806288 openat(AT_FDCWD, "/lib/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
01:43:36.806450 read(3, "\177ELF\2\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\267\0\1\0\0\0\350\365\1\0\0\0\0\0"..., ...
01:43:36.806634 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1283888, ...}) = 0
01:43:36.806778 mmap(NULL, 1356392, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xffff ...
01:43:36.806937 mprotect(0xffffb0591000, 61440, PROT_NONE) = 0
......
01:43:36.809857 write(1, "time=0'000'001 ns\n", 18time=0'000'001 ns
) = 18
01:43:36.810015 write(1, "292\n", 4292
) = 4
01:43:36.810183 exit_group(0) = ?
01:43:36.810781 +++ exited with 0 +++
#

Il est important de noter que strace influence énormément le comportement de l’application

strace propose un grand choix d’options, ici une autre façon de mesurer le temps

# strace -c ./clock 100000
...
% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall                      
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------             
100.00    1.643296          16    100002           write                        
  0.00    0.000000           0         1           ioctl                        
  0.00    0.000000           0         1         1 faccessat                    
  0.00    0.000000           0         5         4 openat                       
  0.00    0.000000           0         1           close                        
  0.00    0.000000           0         1           read                         
  0.00    0.000000           0         3         3 newfstatat                   
  0.00    0.000000           0         2           fstat                        
  0.00    0.000000           0         1           sched_setaffinity            
  0.00    0.000000           0         3           brk                          
  0.00    0.000000           0         1           execve                       
  0.00    0.000000           0         4           mmap                         
  0.00    0.000000           0         4           mprotect                     
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------             
100.00    1.643296                100029         8 total

ltrace

ltrace est un outil permettant de surveiller les appels faits par une application à des méthodes de bibliothèques partagées (shared libraries)

# ltrace -tt ./clock 1

00:04:31.538829 __libc_start_main([ "./clock", "1" ] <unfinished ...>
00:04:31.549903 sched_setaffinity(0, 128, 0xfffff2218f08, 0xfffff2218f08) = 0
00:04:31.550871 printf("clocks_per_sec=%ld\n", 1000000clocks_per_sec=1000000
)                          = 23
00:04:31.552707 atol(0xfffff2219e96, 0, 1, 0) = 1
00:04:31.553544 clock_getres(4, 0xfffff2218ef8, 10, 0xfffff2219e97) = 0
00:04:31.554208 printf("time=%ld'%03ld'%03ld ns\n", 0, 0, 1time=0'000'001 ns
)                     = 18
00:04:31.555774 clock_gettime(4, 0xfffff2218eb0, 1, 0) = 0
00:04:31.556448 clock_gettime(4, 0xfffff2218eb0, 0x20f342eff9be1b74, 0x20f3bd10726438f8) = 0
00:04:31.557182 clock_gettime(4, 0xfffff2218eb0, 0x20f342eff9be1b74, 0x20f3bd10726438f8) = 0
00:04:31.557924 clock_gettime(4, 0xfffff2218ea0, 0x20f342eff9be1b74, 0x20f3bd10726438f8) = 0
00:04:31.558599 printf("%lld\n", 678875678875
)                                         = 7
00:04:31.560006 +++ exited (status 0) +++

Là également, il est important de noter que ltrace influence passablement le comportement de l’application

ltrace propose aussi un grand choix d’options, ici une autre façon de mesurer le temps

# ltrace -c ./clock 1000 > /dev/null 

% time     seconds  usecs/call     calls      function
------ ----------- ----------- --------- --------------------
 57.09    0.910034      910034         1 __libc_start_main
 28.43    0.453122         226      2002 clock_gettime
 14.40    0.229538         229      1002 printf
  0.03    0.000452         452         1 exit_group
  0.02    0.000384         384         1 sched_setaffinity
  0.02    0.000245         245         1 atol
  0.01    0.000238         238         1 clock_getres
------ ----------- ----------- --------- --------------------
100.00    1.594013                  3009 total

ftrace

ftrace est un outil pour l’analyse d’un système mettant en œuvre une instrumentation au niveau noyau Linux

ftrace permet de tracer à la µs les événements suivants :

  • Appels système
  • Fonctions de traitement d’interruptions
  • Fonctions d’ordonnancement
  • Piles de protocoles réseau

Une large documentation est disponible dans le noyau

Avant d’utiliser ftrace il faut préalablement configurer le noyau Linux

make linux-menuconfig

--> kernel-hacking
    --> Tracers
        --> Kernel Function Tracer
        --> Trace syscalls

ftrace - Utilisation

L’utilisation de ftrace passe par les étapes suivantes :

  • Sélectionner un traceur indiquant la fonctionnalité à tracer dans le noyau
  • Définir un filtre pour limiter les traces produites (exemple: le nom de la fonction à tracer)
  • Activer la trace en effectuant la commande : 
    echo 1 > /proc/sys/kernel/ftrace_enabled
  • Après enregistrement, désactiver la trace afin de limiter la taille des données par : 
    echo 0 > /proc/sys/kernel/ftrace_enabled
  • Exploiter les résultats

L’utilisation de ftrace nécessite d’activer la fonctionnalité debugfs

mount -t debugfs none /sys/kernel/debug

On dispose alors du répertoire /sys/kernel/debug/tracing contenant entre-autres le fichier trace qui contient les résultats de l’instrumentation.

Les autres principaux fichiers de ce répertoire sont donnés ci-après :

  • available_tracers contient les différents traceurs disponibles, soit nop, function, function_graph, …
  • current_tracer contient le traceur courant, donc une valeur de la liste précédente
  • tracing_on permet d’activer/désactiver les traces en écrivant les valeurs 1 ou 0
  • available_events contient les évènements traçables comme sched_wakeup. Ces évènements correspondent à des points de trace (ou Tracepoints) statiques ajoutés au noyau Linux, voir Documentation/trace/events.txt
  • set_ftrace_pid permet de tracer un processus donné par son PID

OProfile

OProfile est également un outil de profilage de code sous Linux avec une très faible empreinte :

  • Il permet de profiler aussi bien un système complet qu’un sous ensemble, par exemple les routines d’interruption, les pilotes de périphériques ou un processus
  • Pour effectuer l’instrumentation du système, il utilise les horloges système
  • Il est également capable d’utiliser les compteurs matériels si le processeur en disposant

Avec perf, OProfile est probablement un des outils de monitoring les plus utilisés sous Linux

La documentation est disponible sur http://oprofile.sourceforge.net