Linux 内核性能分析确保成效的关键知识点总结-优快云博客

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作者：嵌入式 Jerry

本文基于实际开发和调试经验，总结了一套精准有效的 Linux 内核性能分析技术知识点和工具使用技巧。适合编写内核高效高级功能、分析系统性能端点和处理性能缺陷的工程师阅读和学习。

一、ftrace 原理与实战

在这里插入图片描述

1. ftrace 是什么？

ftrace 是内核自带的调试分析工具，基于 tracepoints/函数加针技术，用于分析内核以及内核模块代码的执行路径和性能。

2. 基本操作流程

cd /sys/kernel/debug/tracing
# 选择 tracer 类型
echo function > current_tracer

# 设置需要追踪的函数
cat available_filter_functions | grep at24

# 设置 ftrace 函数过滤表
for fn in at24_probe at24_read at24_write; do
    echo $fn >> set_ftrace_filter
done

# 启用 trace
echo 1 > tracing_on
# 执行操作触发 probe
# ...
# 关闭 trace
echo 0 > tracing_on

# 看 trace 结果
cat trace > /tmp/trace.txt
less /tmp/trace.txt

3. 实际效果

sh-698     [001] ...1.   583.114633: at24_probe <-i2c_device_probe

表明 at24_probe 被 i2c 引擎调用，这种跟踪方式适合分析 driver probe 失败或没有被调用的问题。

4. of_match_table 系列和 bind

通过

echo -n 2-0050 > /sys/bus/i2c/drivers/at24/bind
```触发 probe，实际上是培入 device - driver 结合，使用的是 driver 里 of_match_table 与 device tree 节点的 compatible 对应合。

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## 二、内核性能分析工具 slabtop 详解

### 1. slabtop 是什么？

slabtop 是一个统计 Linux 内核 slab 分配情况的工具，用于分析内核内存分配和应用程序内核对象占用情况，调试内核内存泄漏和内存风爆等问题。

### 2. slabtop 输出重点分析

```bash
 Active / Total Objects (% used)    : 153931 / 156457 (98.4%)
 OBJS ACTIVE  USE OBJ SIZE  SLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME
 29504  29504 100%    0.12K    922       32      3688K kernfs_node_cache

Active/Total Objects：当前活跃对象和总分配对象数，用于看最大占用者
CACHE NAME：是哪种对象，如 inode_cache / dentry / kmalloc-128
OBJ SIZE：每个对象大小
USE%：表示利用率

3. 什么是 “对象”？

通俗规范：

只要是内核里面分配出的一块定长内存，用于描述运行中系统中的系统组成部件，都可称之为 “对象”。

如一个进程的 task_struct，一个文件描述符 file，一个 dentry 节点等等，都是定长内存对象，适合用 slab 分配系统管理。

4. slab 是内存管理知识

是的！Slab 分配器是 Linux 内核 内存管理 中用于小块定长对象分配和回收的高效分配器，属于内核 memory management 模块下级。

三、实战分析策略：我怎样分析性能问题

以实际工程为例：

1. 内核 probe 失败根因分析

方法：配合 ftrace 跟踪 driver probe 调用链，分析 of_match_table 是否匹配、driver_register 是否被调用
工具： ftrace, /sys/bus/i2c/drivers/*/bind
分析结果： at24_probe 被调用，但 GPIO 获取失败

2. slabtop 分析内核占用最大的结构体

定位 dentry/inode/file 的分配统计
调整 /proc/sys/vm/drop_caches 和服务统计进行对比

四、常见问题分析策略和解决方案

问题分类	工具/技术	解决方案
probe 未触发	ftrace / driver bind	分析 match_table 是否匹配
内核占用过高	slabtop / kmemleak	确定最大占用者，看是否有内存泄漏
系统延迟	perf / trace-cmd	重点分析均值调用时间和运行线程
GPIO/设备失败	dev_dbg / ftrace	分析 devm_* 或 gpiod_get 失败原因