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【中文标题】linux 的 perf 实用程序如何理解堆栈跟踪？【英文标题】：How does linux's perf utility understand stack traces? 【发布时间】：2016-07-09 01:43:42 【问题描述】：Linux 的 perf 实用程序被 Brendan Gregg 用于为 c/c++、jvm 代码、nodejs 代码等生成火焰图。
Linux 内核本身是否理解堆栈跟踪？即使进程是用完全不同的语言编写的，我在哪里可以了解有关工具如何自省进程堆栈跟踪的更多信息？
【问题讨论】：
嗯，这与编写进程源代码的语言无关，而与运行的二进制文件有关。最终，语言代码被转换为在处理器上运行的二进制（可执行文件）。 linux 的可执行文件可能是ELF 格式。堆栈跟踪是为此 - 二进制 - 代码生成的。如果二进制文件有描述其过程的符号表——你将在跟踪中有一些正常的名称。 （Brendan Gregg 描述了 Java 缺少符号的问题，火焰图上对应的空白部分。） @xealits 你有指向 Brendan 关于 java 缺失符号的注释的链接吗？这可能会为我填补缺失的部分。 xealits，ELF 没有堆栈跟踪；有时 linux 内核很难找到完整的调用堆栈 - 编译器优化可能会省略一些帧指针。一些 Java VM 具有堆栈帧格式的魔力：brendangregg.com/perf.html“4.4 堆栈跟踪。始终使用帧指针进行编译。省略帧指针是一种破坏调试器的恶意编译器优化，.. 从 3.9 内核开始，perf_events 支持一种解决方法用户级堆栈中缺少帧指针：libunwind，它使用 dwarf。...由于 x86 上的热点，Java 可能无法显示完整的堆栈.. "完全不同的语言？" - 哪些语言？你的 CPU 架构是什么？ 一些链接："Java in flames"，"JIT symbols"——所以对于 Linux Java 是虚拟处理器（Java Virtual Machine，JVM），Java 程序在 JVM 中运行，它们不是 Linux 进程，而是不被视为原生。他以某种方式为 Linux 增加了 JVM 内部的可见性，并且用户的 Java 程序，他们的堆栈，变得可见。 @osgx 我对 ELF 和所有这些问题都不是很精通，因此我离题了。 【参考方案1】：Gregg 在perf 中有关于堆栈跟踪的简短介绍：
http://www.brendangregg.com/perf.html
4.4 堆栈跟踪
始终使用帧指针进行编译。省略帧指针是一种邪恶的编译器优化，它会破坏调试器，可悲的是，它通常是默认设置。没有它们，您可能会看到 perf_events 中的不完整堆栈...有两种方法可以解决此问题：使用 dwarf 数据展开堆栈，或返回帧指针。
矮人
从 3.9 内核开始，perf_events 支持一种解决用户级堆栈中缺少帧指针的方法：libunwind，它使用 dwarf。这可以使用“-g dwarf”来启用。 ... 编译器优化 (
-O2)，在这种情况下省略了帧指针。 ... 重新编译 .. 使用-fno-omit-frame-pointer:
非 C 风格的语言可能有不同的帧格式，或者也可能省略帧指针：
4.3。 JIT 符号（Java、Node.js）
具有虚拟机 (VM) 的程序，如 Java 的 JVM 和 node 的 v8，执行自己的虚拟处理器，它有自己的执行功能和管理堆栈的方式。如果你使用 perf_events 分析这些，你会看到 VM 引擎的符号。perf_events 支持 JIT 来解决这个问题，这需要 VM 维护一个
/tmp/perf-PID.map文件以进行符号转换。请注意，由于 x86 上的热点忽略了帧指针（就像 gcc 一样），Java 可能不会显示完整的堆栈。在较新的版本（JDK 8u60+）上，您可以使用
-XX:+PreserveFramePointer选项来修复此行为，...
Gregg 关于 Java 和堆栈跟踪的博客文章： http://techblog.netflix.com/2015/07/java-in-flames.html ("Fixing Frame Pointers" - 在某些 JDK8 版本和 JDK9 中通过在程序启动时添加选项来修复)
现在，你的问题：
linux 的 perf 实用程序如何理解堆栈跟踪？
perf utility 基本上（在早期版本中）只是解析从 linux 内核子系统“perf_events”（有时是“events”）返回的数据，通过系统调用 perf_event_open 访问。对于调用堆栈跟踪，有PERF_SAMPLE_CALLCHAIN / PERF_SAMPLE_STACK_USER 选项：
sample_type PERF_SAMPLE_CALLCHAIN 记录调用链（堆栈回溯）。
PERF_SAMPLE_STACK_USER (since Linux 3.7)
Records the user level stack, allowing stack unwinding.
Linux 内核本身是否理解堆栈跟踪？
它可能理解（如果实施）也可能不理解，具体取决于您的 CPU 架构。采样（从实时进程获取/读取调用堆栈）调用链的功能在内核的体系结构独立部分中定义为__weak，主体为空：
http://lxr.free-electrons.com/source/kernel/events/callchain.c?v=4.4#L26
27 __weak void perf_callchain_kernel(struct perf_callchain_entry *entry,
28 struct pt_regs *regs)
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32 __weak void perf_callchain_user(struct perf_callchain_entry *entry,
33 struct pt_regs *regs)
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在 4.4 内核中，用户空间调用链采样器在 x86/x86_64、ARC、SPARC、ARM/ARM64、Xtensa、Tilera TILE、PowerPC、Imagination Meta 的内核架构相关部分重新定义：
http://lxr.free-electrons.com/ident?v=4.4;i=perf_callchain_user
arch/x86/kernel/cpu/perf_event.c, line 2279
arch/arc/kernel/perf_event.c, line 72
arch/sparc/kernel/perf_event.c, line 1829
arch/arm/kernel/perf_callchain.c, line 62
arch/xtensa/kernel/perf_event.c, line 339
arch/tile/kernel/perf_event.c, line 995
arch/arm64/kernel/perf_callchain.c, line 109
arch/powerpc/perf/callchain.c, line 490
arch/metag/kernel/perf_callchain.c, line 59
对于某些架构和/或某些模式，从用户堆栈读取调用链可能并非易事。
您使用什么 CPU 架构？使用什么语言和虚拟机？
我可以在哪里阅读更多关于工具如何自省进程堆栈跟踪的信息，即使进程是用完全不同的语言编写的？
您可以尝试gdb 和/或该语言的调试器或libc 的backtrace function 或在libunwind 中支持只读展开（有local backtrace example in libunwind、show_backtrace()）。
他们可能更好地支持帧解析/与语言的虚拟机或展开信息更好地集成。如果 gdb（使用 backtrace 命令）或其他调试器无法从正在运行的程序中获取堆栈跟踪，则可能根本无法获取堆栈跟踪。
如果他们可以得到调用跟踪，但 perf 不能（即使在使用 -fno-omit-frame-pointer 重新编译 C/C++ 之后），可以将这种架构 + 帧格式组合的支持添加到 perf_events和perf。
有几个博客提供了一些关于一般回溯问题和解决方案的信息：
http://eli.thegreenplace.net/2015/programmatic-access-to-the-call-stack-in-c/ - 使用 libunwind 进行本地回溯 http://codingrelic.geekhold.com/2009/05/pre-mortem-backtracing.html gcc 的__builtin_return_address(N) vs glibc 的 backtrace() vs libunwind 的本地回溯
http://lucumr.pocoo.org/2014/10/30/dont-panic/ 生锈的回溯和展开
https://github.com/gperftools/gperftools/wiki/gperftools'-stacktrace-capturing-methods-and-their-issues 与 gperftools 基于软件计时器的分析器库中的回溯相同的问题
对perf_events/perf的矮人支持：
【讨论】：
以及有关 perf 如何对分析中断进行编程的信息：***.com/questions/28661430/… 默认情况下，基于 Dwarf 的堆栈跟踪受到限制，perf record 的 --call-graph dwarf,81920 选项具有更大的值可能有助于获得更详细的调用堆栈。perf 如何采样内核堆栈？
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