LinuxBPF学习笔记 - 性能分析方法论[5]

Posted 2022-03-04 宣之于口

本学习笔记来自于阅读 Brendan Gregg的《BPF Performance Tools》

一、工作负载

建议执行工作负载特征的步骤:

• 谁造成了负载： PID，进程名称，UID，IP地址…
• 为什么称负载： 代码路径，堆栈跟踪，火焰图
• 负载是多少： IOPS，吞吐量，类型
• 负载如何随时间变化： 每个时间间隔的摘要

示例： 这表明在跟踪时，名为"Web Content" 的进程执行了1,725个vfs_read()

bpftrace -e 'kprobe:vfs_read  @[comm] = count(); '
# output
“@[rtkit-daemon]: 1
[...]
@[gdbus]: 819
@[Web Content]: 1725

二、深入分析

这种方法包括检查一个指标，然后找到将其分解成其组成部分，将最大的组成部分分解成其自己的组成部分的方法，依此类推，直到找到根本原因为止。

类推可能有助于解释这一点。 想象一下，您发现自己的信用卡账单非常大。 要对其进行分析，您登录到银行并查看交易。 在那里，您发现向在线书店收取的一笔大笔费用。 然后，您登录到该书店，查看导致该数量的书，并发现您不小心购买了该书的一千本。 这是深入分析：找到线索，然后在更多线索的带领下进行更深入的钻探，直到问题解决。

步骤: 这通常需要定制工具, bpftrace更适合使用

1. 从最高级别开始
2. 检查下一级的详细信息
3. 选择最有趣的故障或线索
4. 如果问题仍然存在，请返回步骤2

示例1: 将延迟分解为其组件的贡献, 您在这里的结论可能是存储设备是问题所在，这就是答案之一

1. 请求等待时间为100毫秒
2. 在CPU上运行10毫秒, 阻塞90毫秒
3. 在文件系统上，关闭CPU的时间为89毫秒
4. 文件系统在锁定上花费了3毫秒，在存储设备上花费了86毫秒

示例2: 深入分析也可以用来增强上下文. 现在的结论是，文件系统访问时间戳是延迟的来源，可以被禁用（这是安装选项）。 与得出更快的磁盘速度是必要的结论相比，这也是更好的结果

1. 应用程序在文件系统上花费了89毫秒
2. 文件系统在写入文件系统时花费了78毫秒，在读取时阻塞了11毫秒
3. 文件系统写入在访问时间戳记更新上花费了77毫秒

三、使用方法

以资源分析开发为例, 对于每种资源，请检查：1) 利用率; 2) 饱和度; 3) 错误

您的第一个任务是查找或绘制软件和硬件资源图。 然后，您可以遍历它们，以寻求这三个指标, 下图显示了通用系统的硬件目标示例，包括可以检查的组件和总线

考虑一下您当前的监视工具及其显示上图中每个项目的利用率，饱和度和错误的能力：您当前有多少个盲点？

这种方法的优势在于，它从重要的问题开始，而不是以度量形式的答案开始，然后尝试倒退以找出它们为什么重要。 它还显示了盲点：从您要回答的问题开始，是否有方便的工具来衡量它们

四、工具

性能分析清单可以列出要运行和检查的工具和指标，

1. LINUX 60-SECOND ANALYSIS

此清单可用于任何性能问题，并反映了我通常在登录性能不佳的Linux系统后的最初60秒内执行的操作

uptime	当前时间，系统已经运行了多久，用户连接数，系统在过去1,5,15分钟内的平均负载
dmesg | tail	用于显示开机信息
vmstat 1	显示Linux系统虚拟内存状态，也可以报告关于进程、内存、I/O等系统整体运行状态
mpstat -P ALL 1	报告CPU的一些统计信息
pidstat 1	监控全部或指定进程的cpu、内存、线程、设备IO等系统资源的占用情况
iostat -xz 1	显示磁盘的IO
free -m	显示的当前内存的使用
sar -n DEV 1	显示网络接口信息
sar -n TCP,ETCP 1	TCP统计信息, TCP错误统计信息
top	显示系统上正在运行的进程

2. BCC TOOL CHECKLIST

这里工具可以参考: GIT

execsnoop: 通过为每个execve系统调用打印一行输出来显示新的进程执行。 检查进程是否短暂.

opensnoop: 为每个open系统调用(及其变体)打印一行输出，包括打开的路径的详细信息以及它是否成功

ext4slower: 跟踪ext4文件系统中的常见操作(读取，写入，打开和同步)，并打印超出时间阈值的操作。 这可以识别或消除一种类型的性能问题：应用程序通过文件系统等待缓慢的单个磁盘I/O

biolatency: 跟踪磁盘I/O延迟，即从设备发布到完成的时间，并将其显示为直方图

biolatency -m
Tracing block device I/O... Hit Ctrl-C to end.
^C
     msecs               : count     distribution
         0 -> 1          : 16335    |****************************************|
         2 -> 3          : 2272     |*****                                   |
         4 -> 7          : 3603     |********                                |
	     [...]
       512 -> 1023       : 1        |                                        |

biosnoop: 为每个磁盘I/O打印一行输出，详细信息包括延迟。 这样一来，您可以更详细地检查磁盘I/O，并查找按时间顺序排列的模式（例如，在写入之后进行读取队列）

cachestat: 每秒(或每个自定义间隔)打印一行摘要，显示文件系统缓存中的统计信息。 使用它可以确定较低的缓存命中率和较高的未命中率

cachestat
    HITS   MISSES  DIRTIES HITRATIO   BUFFERS_MB  CACHED_MB
   53401     2755    20953   95.09%           14      90223
   49599     4098    21460   92.37%           14      90230
   [...]

tcpconnect: 为每个活动的TCP连接打印一行输出，详细信息包括源地址和目标地址。 寻找可能会导致应用程序配置效率低下的意外连接或入侵者

tcpaccept: 是tcpconnect的配套工具。 它为每个被动TCP连接(e.g. accept())打印一行输出，详细信息包括源地址和目标地址

tcpretrans: 为每个TCP重传数据包打印一行输出，详细信息包括源地址和目标地址以及TCP连接的内核状态。 TCP重传会导致延迟和吞吐量问题。 对于已建立TCP会话状态的重传，请查找外部网络是否有问题

runqlat: 线程等待打开CPU的时间，然后将此时间打印为直方图。 可以使用此工具确定等待CPU访问的时间长于预期，该等待时间可能由于CPU饱和，配置错误或调度程序问题而受到影响

profile: 是一个CPU事件探查器，它是了解哪些代码路径正在消耗CPU资源的工具。 它以一定时间间隔获取堆栈跟踪的样本，并打印出唯一堆栈跟踪的摘要以及它们的出现次数