Perfetto项目中的CPU调度事件分析指南-优快云博客

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Perfetto项目中的CPU调度事件分析指南

perfetto Performance instrumentation and tracing for Android, Linux and Chrome (read-only mirror of https://android.googlesource.com/platform/external/perfetto/) 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/pe/perfetto

概述

Perfetto是一款强大的系统性能分析工具，它能够通过Linux内核的ftrace基础设施收集详细的CPU调度事件数据。这些数据对于分析系统性能瓶颈、线程调度行为和资源竞争情况至关重要。

核心功能特性

Perfetto的CPU调度跟踪功能提供以下关键信息：

线程调度可视化：精确到纳秒级的线程调度记录，展示每个CPU核心上运行的线程及其切换情况
状态转换分析：记录线程被调出的具体原因（如被抢占、互斥锁阻塞、系统调用等待等）
唤醒链追踪：跟踪线程变为可运行状态的时间点及其唤醒源

数据可视化分析

Perfetto的UI界面以直观的方式呈现调度数据：

CPU核心视图

以时间轴形式展示每个CPU核心上的线程运行情况
彩色切片表示不同线程的执行时间段
点击切片可查看详细信息，包括线程名称、优先级和状态变化原因

线程状态视图

为每个线程创建独立的时间轴
可视化展示线程状态的完整变迁过程
支持按进程层级结构展开查看

SQL查询接口

调度数据存储在sched_slice表中，可通过SQL进行灵活查询：

SELECT ts, dur, cpu, end_state, priority, process.name, thread.name
FROM sched_slice 
LEFT JOIN thread USING(utid) 
LEFT JOIN process USING(upid)

典型查询结果包含以下字段：

ts：事件时间戳（纳秒）
dur：持续时间（纳秒）
cpu：运行的CPU核心编号
end_state：线程结束状态（编码表示）
priority：线程优先级
process.name/thread.name：进程和线程名称

配置采集参数

要收集CPU调度数据，需要在TraceConfig中配置以下数据源：

data_sources: {
  config {
    name: "linux.ftrace"
    ftrace_config {
      compact_sched: { enabled: true }
      ftrace_events: "sched/sched_switch"
      # 可选：精确线程生命周期跟踪
      ftrace_events: "sched/sched_process_exit"
      ftrace_events: "sched/sched_process_free"
      ftrace_events: "task/task_newtask"
      ftrace_events: "task/task_rename"
    }
  }
}

# 补充进程名称和线程-进程关系信息
data_sources: {
  config {
    name: "linux.process_stats"
  }
}

高级分析：调度延迟

通过添加唤醒事件跟踪，可进行更深入的调度延迟分析：

ftrace_events: "sched/sched_wakeup_new"
ftrace_events: "sched/sched_waking"

唤醒延迟分析场景

考虑以下典型场景：

线程A进入等待状态（状态变为S）
线程B发出唤醒信号
线程A变为可运行状态（R），但可能不会立即获得CPU时间

这种延迟可能由以下因素导致：

CPU资源饱和
调度器负载均衡决策延迟
优先级调度策略
避免跨CPU迁移的优化策略

状态编码解析

sched_slice表中的end_state字段使用标准编码表示线程状态：

| 编码 | 状态描述 | |------|------------------------| | R | 可运行 | | R+ | 可运行（被抢占） | | S | 睡眠（可中断） | | D | 不可中断睡眠 | | T | 停止 | | t | 被跟踪 | | X | 退出（死亡） | | Z | 退出（僵尸） | | x | 任务死亡 | | I | 空闲 | | K | 唤醒终止 | | W | 正在唤醒 | | P | 停放 | | N | 无负载 |

当无法确定结束状态时（如跟踪结束时线程仍在运行），end_state为NULL且dur为-1。