初入源码-perf设计文档

大家好，我是程栩，一个专注于性能的大厂程序员，分享包括但不限于计算机体系结构、性能优化、云原生的知识。

本文是perf系列的第五篇文章，后续会继续介绍perf，包括用法、原理和相关的经典文章。

今天我们继续探讨perf，尝试在阅读源码的同时理解其工作原理。perf的用户态源码位于tools/perf目录下，通过调用perf_event_open系统调用来获取内核的支持，从而获取数据。

本文主要基于内核文档翻译而成，目录为：tools/perf/design.txt。该文档介绍了perf的部分设计，但关于perf_event_open的部分内容较为陈旧，请参考最新文档。

现代CPU中的性能计数器（performance counters）是特殊的硬件寄存器。这些寄存器在不影响内核或应用性能的情况下统计诸如指令执行、cache miss、分支预取失败等硬件事件。如果我们给它们传递具体的周期数，这些性能计数器也可以在计数到达该周期时触发中断，从而对此时CPU上运行的应用进行采样剖析（Profiling）。

Linux性能计数器子系统（Linux Performance Counter subsystem）提供了这些硬件能力的抽象（接口），可以帮助我们获取CPU、进程等维度的数据，并且在这些能力之上，提供了事件能力。同时，其提供了虚拟的64位计数器，无论底层硬件的位宽是多少，其都可以兼容。

性能计数器可以通过特殊的文件描述符（file descriptors）来进行访问，我们可以通过sys_perf_event_open系统调用来获取该文件描述符：

int sys_perf_event_open(struct perf_event_attr *hw_event_uptr, pid_t pid, int cpu, int group_fd, unsigned long flags);