linux性能工具-profiling-perf

如何在嵌入式设备上部署 perf

核心流程概览

整个过程可以分为四个主要阶段：

1. 准备工作 (Prerequisites): 准备好交叉编译环境和源代码。
2. 配置并编译内核 (Kernel): 在内核中开启perf所需的所有支持选项。
3. 编译perf工具 (Tool): 交叉编译perf用户空间程序。
4. 部署与验证 (Deploy & Verify): 将编译好的内核、perf程序和其依赖库部署到嵌入式设备上并进行测试。

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阶段一：准备工作

在开始之前，您需要准备好以下环境：

1. 一台Linux主机: 例如，安装了Ubuntu 20.04或更高版本的PC。我们将在这台主机上进行所有的交叉编译工作。

2. 交叉编译工具链 (Cross-Compile Toolchain):

   • 这是最重要的工具，它允许您在x86的PC上生成能在ARM64设备上运行的代码。
   • 推荐从ARM官网或Linaro下载预编译好的工具链。例如，aarch64-linux-gnu。
   • 关键: 确保这个工具链的sysroot（系统根）中包含了perf依赖的开发库，如libelf, libdw, zlib等。一个功能完备的工具链通常会自带这些。

3. 目标内核的源代码: 下载与您嵌入式设备匹配的Linux内核源代码。

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阶段二：配置并编译内核

这一步是在“服务器端”（内核）开启perf服务。

1. 进入源码目录并清理:

   cd /path/to/your/linux-source
   make mrproper

2. 加载基础配置: 使用您的嵌入式开发板的默认配置文件（defconfig）来创建一个.config文件。

   # ARCH指定目标架构, CROSS_COMPILE指定工具链前缀
   make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- your_board_defconfig

3. 打开配置菜单并开启perf相关选项:

   这是最关键的一步。运行make menuconfig来开启必要的选项。

   make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- menuconfig

   在菜单中，找到并开启（设置为[*]）以下选项：

   • perf基础支持 (必须):

     • General setup --->

       • [*] Kernel Performance Events And Counters (CONFIG_PERF_EVENTS)

   • 可靠的调用栈 (强烈推荐):

     • Kernel hacking --->

       • Compile-time checks and compiler options --->

         • [*] Compile the kernel with frame pointers (CONFIG_FRAME_POINTER)

   • 符号解析 (强烈推荐):

     • Kernel hacking --->

       • Compile-time checks and compiler options --->

         • [*] Compile the kernel with debug info (CONFIG_DEBUG_INFO)

   • ftrace 和 kprobes 支持 (推荐，增强功能):

     • Kernel hacking --->

       • Tracers --->

         • [*] Kernel Function Tracer (CONFIG_FUNCTION_TRACER)

         • [*] Enable kprobes to be attached to functions (CONFIG_KPROBES)

         • [*] Enable uprobes to be attached to userspace functions (CONFIG_UPROBES)

   完成后，保存配置并退出。

4. 编译内核:

   使用多线程编译内核镜像和设备树文件。

   Bash

   # -j$(nproc) 使用所有可用的CPU核心来加速编译
   make -j$(nproc) ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
   

   编译成功后，您需要的内核产物通常是：

   • 内核镜像: arch/arm64/boot/Image.gz

   • 设备树文件: arch/arm64/boot/dts/your-vendor/your-board.dtb

   • 带符号的内核: vmlinux (用于后续符号解析)

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阶段三：编译 perf 工具

现在我们来编译“客户端”perf。

1. 进入perf工具目录:

   perf的源码就在内核源码树中。

   Bash

   cd /path/to/your/linux-source/tools/perf
   

2. 交叉编译perf:

   直接在这里运行make，并务必带上与编译内核时相同的ARCH和CROSS_COMPILE参数。perf的构建系统会自动检测您的交叉编译工具链中的库（如libelf, libdw）并启用相应功能。

   Bash

   make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
   

   如果编译成功，当前目录下会生成一个perf可执行文件。

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阶段四：部署与验证

最后一步，将我们的劳动成果部署到嵌入式设备上。

1. 部署新内核:

   • 将新编译的内核镜像 (Image.gz) 和设备树文件 (.dtb) 拷贝到您的设备的/boot分区或通过TFTP等方式由U-Boot加载。具体方法高度依赖于您的嵌入式设备和引导加载程序 (bootloader)。

2. 部署perf和其依赖库:

   • 拷贝perf程序: 将PC上编译好的perf可执行文件拷贝到嵌入式设备的文件系统的/usr/bin/目录下。

     Bash

     # 在PC上
     scp tools/perf/perf root@<device_ip>:/usr/bin/
     

   • 查找并拷贝依赖库 (关键步骤):

     perf依赖一些共享库。我们需要找出是哪些，并从交叉编译工具链中把它们拷贝到设备上。

     在PC上，使用交叉编译工具链的ldd来查看依赖：

     Bash

     aarch64-linux-gnu-ldd ./perf
     

     您会看到类似输出：

     libdw.so.1 => /path/to/toolchain/sysroot/lib/libdw.so.1 (0x...)
     libelf.so.1 => /path/to/toolchain/sysroot/lib/libelf.so.1 (0x...)
     libz.so.1 => /path/to/toolchain/sysroot/lib/libz.so.1 (0x...)
     libc.so.6 => /path/to/toolchain/sysroot/lib/libc.so.6 (0x...)
     ...
     

     将列表中的、您设备上缺失或版本不兼容的库文件，从工具链的sysroot目录中拷贝到您设备的/usr/lib/目录下。

3. 在设备上验证:

   • 重启设备，让它加载新的内核。

   • 登录到设备的终端，检查内核版本，确认新内核已启动。

     Bash

     uname -a
     # 确认输出中的编译日期是你刚刚编译的时间
     

   • 检查perf是否可以运行。

     Bash

     perf --version
     # 应该显示与你的内核版本匹配的版本号
     

   • 运行一个简单的perf命令。

     Bash

     # 给perf执行权限
     chmod +x /usr/bin/perf
     
     # 运行
     perf stat ls
     

     如果能看到ls命令的性能统计数据，说明基本部署成功！

   • 运行一个需要调用栈和符号的复杂命令来做最终验证。

     Bash

     perf record -g -- sleep 1
     perf report
     

     如果您在perf report的输出中能看到清晰的函数调用栈（而不是一堆十六进制地址），那么恭喜您，整个流程完美成功！