简介
CPU 性能监视器跟踪提供程序可让用户使用 Fuchsia 跟踪系统访问内置于 CPU 中的性能计数器。
目前，只有 Intel 芯片组支持此功能。
在 Intel 上，性能监视器可向用户提供有关 CPU 的许多方面统计信息。如需查看可用于（例如Skylake 芯片：请参阅 Intel 第 3 卷第 19.2 章“第 6 代和第 7 代处理器的性能监控事件”。目前并非所有事件（或“计数器”）都已推出，但我们已经推出了许多事件，希望其中有一些对您有用。
示例如下：
- 每个 L1、L2、L3 的缓存命中/未命中次数
- 因缓存未命中而停止的周期
- 分支错误预测
- 已弃用说明
跟踪系统使用“类别”来让用户指定要收集哪些轨迹数据。Cpuperf 使用这些类别来简化要启用的硬件事件的规范。您可以在该目录中的 .inc 文件中找到完整的类别。下面介绍了一些代表性的类别。
如需收集轨迹数据，请在宿主机上运行 ffx trace start，或直接在 Fuchsia 设备上运行 trace。
示例：
$ categories="gfx"
$ categories="$categories,cpu:fixed:unhalted_reference_cycles"
$ categories="$categories,cpu:fixed:instructions_retired"
$ categories="$categories,cpu:l2_lines,cpu:sample:10000"
$ ffx trace start --buffer-size 64 --duration 2 --categories $categories
将 .fxt 文件保存到桌面后，您可以将其加载到 Perfetto 查看器中。
基本操作
性能数据收集的基本操作是为每个 CPU 的跟踪记录分配一个缓冲区，然后（在每个 CPU 上）设置一个计数器，以便在发生指定数量的事件后触发中断。此中断称为 PMI 中断（Performance Monitor 中断）。在 Intel 上，当计数器溢出时，中断会触发，此时中断服务例程会将各种信息（例如时间戳和程序计数器）写入轨迹缓冲区，重置计数器以便在预指定的事件数之后重新触发另一个中断，然后返回。
跟踪停止时，Cpuperf Trace Provider 会读取缓冲区，并将其转换为 Trace Manager 使用的轨迹格式。
当缓冲区填满时，跟踪也会停止。请注意，系统会使用内部缓冲区，因此（目前）不支持循环模式和流式传输模式。可收集的轨迹数据量取决于多种因素：
- 轨迹时长
- 缓冲区大小
- 采样频率
- 计数器溢出的频率
- 是否将程序计数器信息写入缓冲区
数据收集类别
如前所述，Fuchsia 跟踪系统使用“类别”来让用户指定要收集的数据。对于 CPU 跟踪，有一些类别可用于指定要启用的计数器、是否跟踪操作系统和/或用户空间，以及指定采样率。
如需详细了解每个性能计数器，请参阅 Intel 文档。本文档不会尝试提供有关每个计数器的详细信息。
采样率
系统会按照用户指定的速率收集每个计数器的数据。最终可以指定一个随机速率。在此期间，支持以下费率：
- cpu:sample:100
- cpu:sample:500
- cpu:sample:1000
- cpu:sample:5000
- cpu:sample:10000
- cpu:sample:50000
- cpu:sample:100000
- cpu:sample:500000
- cpu:sample:1000000
独立采样
默认情况下，系统会独立对每个计数器进行抽样。例如，如果请求“cpu:fixed:instructions_retired”和“arch:llc”（最后一级缓存 - L3），并将采样率设为 10000，则系统将每 10000 个“instruction retired”事件采样一次已退出的指令，并每 10000 个“LLC”事件采样一次 LLC 操作，前者发生的频率远高于后者。系统会收集每个样本的时间戳，这样就可以知道样本所用的时间，例如，淘汰了 10000 条指令。
基于时间的采样
有几个计数器可用作“时间基准”。 在时间基准模式下，一个计数器用于驱动所有计数器的数据收集，而不是每个计数器以自己的速率收集数据。这样可以更一致地了解正在发生的情况。另一方面，这样做意味着我们会放弃收集每个事件的统计 PC 数据（因为我们将获得的唯一 PC 值是基准时间事件的 PC 值）。除了时间基准计数器之外，还必须提供采样率。
请参阅下文，了解撰写本文之时的一组时基计数器，以及当前时基集的源代码树中的 src/performance/cpuperf_provider/intel-timebase-categories.inc。
统计模式
统计模式是采样模式的更简单替代方案，它会在整个轨迹运行期间收集每个事件的计数，然后进行报告。
通过“cpu:tally”类别（而非“cpu:sample:*”类别）启用统计模式。
示例：
$ categories="cpu:l2_summary"
$ categories="$categories,cpu:fixed:unhalted_reference_cycles"
$ categories="$categories,cpu:fixed:instructions_retired"
$ categories="$categories,cpu:mem:bytes,cpu:mem:requests"
$ categories="$categories,cpu:tally"
$ ffx trace start --buffer-size 64 --duration 2 --categories $categories
选项
cpu:os - 收集在内核空间中运行的代码的数据。
cpu:user - 收集在用户空间中运行的代码的数据。
cpu:pc - 收集与每个事件相关的 PC 数据
例如，如果您想知道缓存未命中通常发生在何处（从统计角度来说，具体取决于采样率），这会非常有用。轨迹输出中包含每个采样点的地址空间和程序计数器。不过，这样做会使每个轨迹记录的大小翻倍，因此需要权衡利弊。
固定计数器
Intel 架构提供了三个“固定”计数器：
cpu:fixed:instructions_retired
cpu:fixed:unhalted_core_cycles
cpu:fixed:unhalted_reference_cycles
这些计数器是“固定”的，因为它们不使用可编程计数器。其中有三个，每个都有固定用途。它们的优势在于不会耗尽可编程计数器：系统有几十个计数器，但通常一次最多只能使用四个计数器，具体取决于型号。
可编程计数器
Skylake（和 Kaby Lake）芯片上有数十个可编程计数器。如需查看完整列表，请参阅 Intel 第 3 卷第 19.2 章“性能监控事件（针对第 6 代和第 7 代处理器）”。如需查看目前支持的平台列表，请参阅源代码树中的 zircon/system/ulib/zircon-internal/include/lib/zircon-internal/device/cpu-trace/intel-pm-events.inc 和 zircon/system/ulib/zircon-internal/include/lib/zircon-internal/device/cpu-trace/skylake-pm-events.inc。
为简化可编程计数器的指定，这些计数器已被分组为源代码树中的 src/performance/cpuperf_provider/intel-pm-categories.inc 和 src/performance/cpuperf_provider/skylake-pm-categories.inc 中定义的类别。如需查看完整列表，请参阅这些文件。
一次只能指定其中一个类别。[稍后，我们将提供更多数据收集控制选项。]
少量实用类别：
cpu:arch:llc
- 最后一级缓存 (L3) 引用
- 最后一级缓存 (L3) 未命中
cpu:arch:branch
- 分支指令已停用
- 分支指令预测错误
cpu:skl:l1_summary
- 每个周期的未处理 L1D 缺失次数
- 此处理器核心上任何逻辑线程的未处理 L1D 缺失次数
- 提取到 L1 数据缓存的行数
cpu:skl:l2_summary
- 错失 L2 的需求请求
- 所有未命中 L2 的请求
- 向 L2 发出的所有需求数据读取请求
- 对 L2 的所有请求
cpu:skl:l3_summary
- 来自引用 L3 中缓存行的核心的请求
- 对 L3 的引用的缓存未命中条件
cpu:skl:offcore_demand_code
- 将 SQ 中未处理的离线需求代码读取事务的数量在每个周期递增到 uncore
- 在 SQ 中至少有 1 个非核心待处理需求代码读取事务的周期
cpu:skl:offcore_demand_data
- 在每个周期内递增 SQ 中核心未处理需求数据读取事务的数量，以取消核心
- 在 SQ 中至少有 1 个未处理的离核心需求数据读取事务的周期
- 在 SQ 中至少有 6 个未处理的离核心需求数据读取事务的周期
cpu:skl:l1_miss_cycles
- L1 数据未达需求负载未完成时循环
- 在 L1 数据缺失需求加载待处理时，执行会暂停
cpu:skl:l2_miss_cycles
- L2 缺失需求载荷待处理时的周期
- 当 L2 未命中需求负载未完成时，执行会停止
cpu:skl:l3_miss_cycles
- L3 未达需求负载未完成时的周期
- 当 L3 未命中需求负载未完成时，执行会停止
cpu:skl:mem_cycles
- 内存子系统有未处理的负载时的周期
- 在内存子系统有未处理的负载时，执行会暂停
时间基准计数器
这些计数器可用作时间基准。我们会及时添加更多产品。
cpu:timebase:fixed:instructions_retired
- 计数器与 cpu:fixed:instructions_retired 相同
cpu:timebase:fixed:unhalted_reference_cycles
- 计数器与 cpu:fixed:unhalted_reference_cycles 相同