Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
|
sde:laboratoare:10 [2019/04/15 19:28] iuliana.marin |
— (current) | ||
|---|---|---|---|
| Line 1: | Line 1: | ||
| - | ===== Laboratorul 10 - Profiling & Debugging ===== | ||
| - | ===== Materiale ajutătoare ===== | ||
| - | |||
| - | *[[http://elf.cs.pub.ro/so/res/laboratoare/lab07-slides.pdf | lab010-slides.pdf]] | ||
| - | ===== Latency Comparison Numbers ===== | ||
| - | ^ Operation ^ Time (ns) ^ Notes ^ | ||
| - | | ''L1 cache reference '' | 0.5 ns | | | ||
| - | | ''Branch mispredict '' | 5 ns | | | ||
| - | | ''L2 cache reference '' | 7 ns | 14x L1 cache | | ||
| - | | ''Mutex lock/unlock '' | 25 ns | | | ||
| - | | ''Main memory reference '' | 100 ns | 20x L2 cache, 200x L1 cache | | ||
| - | | ''Compress 1K bytes with Zippy'' | 3,000 ns | | | ||
| - | | ''Send 1K bytes over 1 Gbps network'' | 10,000 ns | 0.01 ms | | ||
| - | | ''Read 4K randomly from SSD* '' | 150,000 ns | 0.15 ms | | ||
| - | | ''Read 1 MB sequentially from memory'' | 250,000 ns | 0.25 ms | | ||
| - | | ''Round trip within same datacenter '' | 500,000 ns | 0.5 ms | | ||
| - | | ''Read 1 MB sequentially from SSD* '' | 1,000,000 ns | 1 ms, 4x memory| | ||
| - | | ''Disk seek '' | 10,000,000 ns | 10 ms, 20x datacenter roundtrip| | ||
| - | | ''Read 1 MB sequentially from disk '' | 20,000,000 ns | 20 ms, 80x memory, 20x SSD| | ||
| - | | ''Send packet Caracal - NY - Caracal '' | 150,000,000 ns | 150 ms | | ||
| - | |||
| - | ===== Link-uri către secțiuni utile ===== | ||
| - | |||
| - | ==== Linux ==== | ||
| - | * [[#profiler_si_tehnici de profiling|Profiler și tehnici de profiling]] | ||
| - | * [[#unelte_de_profiling|Unelte de profiling]] | ||
| - | * [[#utilizare_perf|Utilizare perf]] | ||
| - | * [[#unelte_de_debugging|Unelte de debugging]] | ||
| - | |||
| - | |||
| - | ===== Profiler și tehnici de profiling ===== | ||
| - | Un **profiler** este un utilitar de analiză a **performanței** care ajută programatorul să determine punctele critice – **bottleneck** – ale unui program. Acest lucru se realizează prin investigarea comportamentului programului, evaluarea consumului de memorie și relația dintre modulele acestuia. | ||
| - | |||
| - | Suportul pentru profilere este disponibil la nivel de: | ||
| - | |||
| - | ***bibliotecă C** (GNU libc), prin informații legate de timpul de viață al alocărilor de memorie, | ||
| - | ***compilator**, prin modificarea codului în tehnica de **instrumentare** se poate realiza ușor în procesul de compilare, compilatorul fiind cel ce inserează secțiunile de cod necesare, | ||
| - | ***nucleu** al sistemului de operare, prin punerea la dispoziție de apeluri de sistem specifice, | ||
| - | ***hardware**, unele procesoare sunt dotate cu contoare de temporizare ([[http://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter | Time Stamp Counter - TSC]]) sau contoare de performanță care numără evenimente precum cicluri de procesor sau TLB miss-uri. | ||
| - | |||
| - | Două moduri prin care se realizează profiling-ul sunt prezentate în continuare: | ||
| - | |||
| - | ==== Tehnica de instrumentare (instrumentation)==== | ||
| - | Profiler-ele bazate pe această tehnică necesită de obicei **modificări** în codul programului: se inserează secțiuni de cod la începutul și sfârșitul funcției ce se dorește analizată. De asemenea, se rețin și funcțiile apelate. Astfel, se poate estima timpul total al apelului în sine cât și al apelurilor de subfuncții. Dezavantajul major al acestor profilere este legat de modificarea codului: în funcții de dimensiune scăzută și des apelate, acest overhead poate duce la o interpretare greșită a rezultatelor. | ||
| - | ====Tehnica de eșantionare (sampling)==== | ||
| - | Profiler-ele bazate pe sampling **nu fac schimbări** în codul programului, ci verifică periodic procesorul cu scopul de a determina ce funcție (instrucțiune) se execută la momentul respectiv. Apoi estimează frecvența și timpul de execuție al unei anumite funcții într-o perioadă de timp. | ||
| - | ====Unelte de profiling==== | ||
| - | În continuare sunt prezentate câteva unelte folosite în profiling. | ||
| - | ====perfcounters==== | ||
| - | Majoritatea procesoarelor moderne oferă registre speciale (''performance counters'') care contorizează diferite tipuri de evenimente hardware: instrucțiuni executate, cache-miss-uri, instrucțiuni de salt anticipate greșit, fără să afecteze performanța nucleului sau a aplicațiilor. Aceste registre pot declanșa întreruperi atunci când se acumulează un anumit număr de evenimente și astfel se pot folosi pentru analiza codului care rulează pe procesorul în cauză. | ||
| - | |||
| - | Subsistemul ''perfcounters'': | ||
| - | * se găsește în nucleul Linux începând cu versiunea [[http://lwn.net/Articles/339361/|2.6.31]] (''CONFIG_PERF_COUNTERS=y'') | ||
| - | * este înlocuitorul lui ''oprofile'' | ||
| - | *oferă suport pentru: | ||
| - | * ''evenimente hardware'' (instrucțiuni, accese cache, ciclii de magistrală). | ||
| - | *''evenimente software'' (page fault, cpu-clock, cpu migrations). | ||
| - | * ''tracepoints'' (e.g: sys_enter_open, sys_exit_open). | ||
| - | |||
| - | ====perf==== | ||
| - | Utilitarul ''perf'' este interfața subsistemului ''perfcounters'' cu utilizatorul. Oferă o linie de comandă asemănătoare cu ''git'' și nu necesită existența unui daemon. | ||
| - | |||
| - | Un tutorial despre perf găsiți [[https://perf.wiki.kernel.org/index.php/Tutorial|aici]]. | ||
| - | ====Utilizare perf==== | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ perf [--version] [--help] COMMAND [ARGS] | ||
| - | </code> | ||
| - | |||
| - | Cele mai folosite ''comenzi'' sunt: | ||
| - | *''annotate'' - Citește ''perf.data'' și afișează codul cu adnotări | ||
| - | *''list'' - Listează numele simbolice ale tuturor tipurilor de evenimente ce pot fi urmărite de ''perf'' | ||
| - | *''lock'' - Analizează evenimentele de tip lock | ||
| - | *''record'' - Rulează o comandă și salvează informațiile de profiling în fișierul perf.data | ||
| - | *''report'' - Citește perf.data (creat de perf record) și afișează profilul | ||
| - | *''sched'' - Utilitar pentru măsurarea proprietăților planificatorului (latențe) | ||
| - | *''stat'' - Rulează o comandă și afișează statisticile înregistrate de subsistemul performance counters | ||
| - | *''top'' - Generează și afișează informații în timp real despre încărcarea unui sistem | ||
| - | ====perf list==== | ||
| - | [[http://manpages.ubuntu.com/manpages/natty/man1/perf-list.1.html | man perf-list]] | ||
| - | |||
| - | Afișează numele simbolice ale tuturor tipurilor de evenimente ce pot fi urmărite de ''perf''. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ perf list | ||
| - | List of pre-defined events (to be used in -e): | ||
| - | |||
| - | cpu-cycles OR cycles [Hardware event] | ||
| - | instructions [Hardware event] | ||
| - | |||
| - | cpu-clock [Software event] | ||
| - | page-faults OR faults [Software event] | ||
| - | |||
| - | L1-dcache-loads [Hardware cache event] | ||
| - | L1-dcache-load-misses [Hardware cache event] | ||
| - | |||
| - | rNNN [Raw hardware event descriptor] | ||
| - | |||
| - | mem:<addr>[:access] [Hardware breakpoint] | ||
| - | |||
| - | syscalls:sys_enter_accept [Tracepoint event] | ||
| - | syscalls:sys_exit_accept | ||
| - | </code> | ||
| - | Atunci când un eveniment nu este disponibil în forma simbolică, poate fi folosit cu perf în forma procesorului din sistemul analizat. | ||
| - | ====perf stat==== | ||
| - | [[http://manpages.ubuntu.com/manpages/lucid/man1/perf-stat.1.html | perf-stat]] | ||
| - | Rulează o comandă și afișează statisticile înregistrate de subsistemul performance counters. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ perf stat ls -R /usr/src/linux | ||
| - | Performance counter stats for 'ls -R /usr/src/linux': | ||
| - | |||
| - | 934.512846 task-clock-msecs # 0.114 CPUs | ||
| - | 1695 context-switches # 0.002 M/sec | ||
| - | 163 CPU-migrations # 0.000 M/sec | ||
| - | 306 page-faults # 0.000 M/sec | ||
| - | 725144010 cycles # 775.959 M/sec | ||
| - | 419392509 instructions # 0.578 IPC | ||
| - | 80242637 branches # 85.866 M/sec | ||
| - | 5680112 branch-misses # 7.079 % | ||
| - | 174667968 cache-references # 186.908 M/sec | ||
| - | 4178882 cache-misses # 4.472 M/sec | ||
| - | |||
| - | 8.199187316 seconds time elapsed | ||
| - | </code> | ||
| - | ''perf stat'' oferă posibilitatea colectării datelor în urma rulării de mai multe ori a unui program specificând opțiunea ''-r''. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ perf stat -r 6 sleep 1 | ||
| - | Performance counter stats for 'sleep 1' (6 runs): | ||
| - | |||
| - | 1.757147 task-clock-msecs # 0.002 CPUs ( +- 3.000% ) | ||
| - | 1 context-switches # 0.001 M/sec ( +- 14.286% ) | ||
| - | 0 CPU-migrations # 0.000 M/sec ( +- 100.000% ) | ||
| - | 144 page-faults # 0.082 M/sec ( +- 0.147% ) | ||
| - | 1373254 cycles # 781.525 M/sec ( +- 2.856% ) | ||
| - | 588831 instructions # 0.429 IPC ( +- 0.667% ) | ||
| - | 106846 branches # 60.806 M/sec ( +- 0.324% ) | ||
| - | 11312 branch-misses # 10.587 % ( +- 0.851% ) | ||
| - | 1.002619407 seconds time elapsed ( +- 0.012% ) | ||
| - | </code> | ||
| - | Observați mai sus evenimentele cele mai importante contorizate. | ||
| - | ====perf top==== | ||
| - | [[http://manpages.ubuntu.com/manpages/natty/man1/perf-top.1.html | man perf-top]] | ||
| - | Generează și afișează informații în timp real despre încărcarea unui sistem. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ ls -R /home | ||
| - | $ perf top -p $(pidof ls) | ||
| - | -------------------------------------------------------------- | ||
| - | PerfTop: 181 irqs/sec kernel:72.4% (target_pid: 10421) | ||
| - | -------------------------------------------------------------- | ||
| - | samples pcnt function DSO | ||
| - | _______ _____ ____________________ ___________________ | ||
| - | |||
| - | 270.00 15.8% __d_lookup [kernel.kallsyms] | ||
| - | 145.00 8.5% __GI___strcoll_l /lib/libc-2.12.1.so | ||
| - | 99.00 5.8% link_path_walk [kernel.kallsyms] | ||
| - | 97.00 5.7% find_inode_fast [kernel.kallsyms] | ||
| - | 91.00 5.3% __GI_strncmp /lib/libc-2.12.1.so | ||
| - | 55.00 3.2% move_freepages_block [kernel.kallsyms] | ||
| - | 44.00 2.6% ext3_dx_find_entry [kernel.kallsyms] | ||
| - | 41.00 2.4% ext3_find_entry [kernel.kallsyms] | ||
| - | 40.00 2.3% dput [kernel.kallsyms] | ||
| - | 39.00 2.3% ext3_check_dir_entry [kernel.kallsyms] | ||
| - | </code> | ||
| - | Observăm că funcțiile de lucru cu fișiere (parcurgere, căutare) sunt cele care apar cel mai des în outputul lui perf-top corespunzător rulării comenzii de listare recursivă a directorului ''home''. | ||
| - | ====perf record==== | ||
| - | [[http://manpages.ubuntu.com/manpages/natty/man1/perf-record.1.html | man perf-record]] | ||
| - | Rulează o comandă și salvează informațiile de profiling în fișierul ''perf.data''. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ perf record wget http://elf.cs.pub.ro/so/wiki/laboratoare/laborator-07 | ||
| - | |||
| - | [ perf record: Woken up 1 times to write data ] | ||
| - | [ perf record: Captured and wrote 0.008 MB perf.data (~334 samples) ] | ||
| - | |||
| - | $ ls | ||
| - | laborator-07 perf.data | ||
| - | </code> | ||
| - | ====perf report==== | ||
| - | [[http://manpages.ubuntu.com/manpages/natty/man1/perf-report.1.html | man perf-report]] | ||
| - | Interpretează datele salvate în ''perf.data'' în urma analizei folosind ''perf record''. Astfel pentru exemplul wget de mai sus avem: | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $ perf report | ||
| - | # Events: 13 cycles | ||
| - | # | ||
| - | # Overhead Command Shared Object Symbol | ||
| - | # ........ ....... ................. ...... | ||
| - | # | ||
| - | 86.43% wget e8ee21 [.] 0x00000000e8ee21 | ||
| - | 11.03% wget [kernel.kallsyms] [k] prep_new_page | ||
| - | 2.37% wget [kernel.kallsyms] [k] sock_aio_read | ||
| - | 0.11% wget [kernel.kallsyms] [k] perf_event_comm | ||
| - | 0.05% wget [kernel.kallsyms] [k] native_write_msr_safe | ||
| - | </code> | ||
| - | ====Unelte de debudding==== | ||
| - | ====strace==== | ||
| - | ''strace'' interceptează şi înregistrează apelurile de sistem făcute de un proces şi semnalele pe care acesta le primeşte. În cea mai simplă formă strace rulează comanda specificată până când procesul asociat se încheie. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | $strace cat /proc/cpuinfo | ||
| - | execve("/bin/cat", ["cat", "/proc/cpuinfo"], [/* 30 vars */]) = 0 | ||
| - | open("/proc/cpuinfo", O_RDONLY) = 3 | ||
| - | read(3, "processor\t: 0\nvendor_id\t: Genuin"..., 32768) = 3652 | ||
| - | write(1, "processor\t: 0$\nvendor_id\t: Genui"..., 7512) = 7512 | ||
| - | </code> | ||
| - | Cele mai folosite opțiuni pentru strace sunt: | ||
| - | *''-f'', cu această opțiune vor fi urmărite şi procesele copil create de procesul curent | ||
| - | *''-o filename'', în mod implicit strace afişează informațiile la stderr. Cu această opțiune, output-ul va fi pus în fişierul filename | ||
| - | *''-p pid'', pid-ul procesului de urmărit. | ||
| - | *''-e expresie'', modifică apelurile urmărite. | ||
| - | <code bash> | ||
| - | iuliana@debian$ strace -f -e connect,socket,bind -p $(pidof iceweasel) | ||
| - | Process 6429 attached with 30 threads - interrupt to quit | ||
| - | socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 50 | ||
| - | connect(50, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(80), sin_addr=inet_addr("141.85.227.65")}, 16) = -1 EINPROGRESS | ||
| - | |||
| - | </code> | ||
| - | Un alt utilitar înrudit cu strace este [[http://linux.die.net/man/1/ltrace | ltrace]]. Acesta urmăreşte apelurile de bibliotecă. | ||
| - | ====gdb==== | ||
| - | Scopul unui debugger (de exemplu GDB, prin comanda gdb) este să ne permită să inspectăm ce se întâmplă în interiorul unui program în timp ce acesta rulează sau la terminarea execuției acestuia, în momentul când s-a produs o eroare fatală, pe baza fișierului coredump creat de către acesta. | ||
| - | |||
| - | |||
| - | ====valgrind==== | ||
| - | Valgrind reprezintă o suită de utilitare folosite pentru debugging și profiling. Printre cele mai folosite tool-uri sau unelte din această suită sunt: | ||
| - | *''memcheck'' - Realizează analiza utilizării memoriei | ||
| - | *''cachegrind'' - Realizează analiza performanței cache-ului | ||
| - | *''helgrind'' - Folosit pentru depanarea condițiilor de cursă în cadrul programelor cu multiple fire de execuție (multithreaded). | ||
| - | |||
| - | ====Alte utilitare==== | ||
| - | {{ so:laboratoare:tools.png | ||
| - | | Alte utilitare}} | ||
| - | * [[http://oprofile.sourceforge.net/download|Oprofile]] | ||
| - | *[[http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?familyid=d6e95259-8d9d-4c22-89c4-fad382eddcd1&displaylang=en | Kernrate]] este un echivalent al oprofile pentru Windows. | ||
| - | * [[http://kcachegrind.sourceforge.net/html/Home.html | KCachegrind]] | ||
| - | * [[http://code.google.com/p/google-perftools/|perf-tools]] | ||
| - | * [[http://metadataconsulting.blogspot.com/2017/05/How-to-install-and-use-Windows-Performance-Toolkit.html | XPerf]] | ||
| - | *[[http://sourceware.org/binutils/docs/gprof | GNU gprof]] | ||
| - | |||
| - | |||
| - | |||
