# Linux2025q1: Perf Write-Up

## perf_events

- 即 Perf，可以記錄硬體效能計數器、中斷、Page Fault 等事件。
- 取樣時，理想取樣頻率應該比待測事件發生的頻率高，然而 perf 取樣頻率存在上限 (~10000 Hz)，或者使用隨機取樣頻率
- 使用 perf 時，可以調整取樣頻率為如 97, 997, 9973 等質數，以避免取樣週期與事件發生週期一致，出現週期同調 (Lockstep)，而有錯誤的統計結果。例如可能造成部分事件永遠無法被觀察到，或某事件頻繁出現導致被誤認為是瓶頸。
- perf 測量事件時應盡可能精準，因為過多事件會導致通用效能計數器耗盡，會改成分時多工，可能使結果精確度下降。

:::warning
:warning: 在 perf 中，週期和頻率的意義與平常所學不同，在[運用 Perf 分析程式效能並改善](https://hackmd.io/@sysprog/linux-perf)提到:
> - 週期指的是從「開始」到「記錄樣本」之間，事件的發生次數。
> - 目標頻率指的是 perf_events 每秒應該要剛好取得多少樣本。
:::

:::success
TODO: 為甚麼 perf 的取樣頻率最好採用質數?這跟質數定理有關係?
:::

### Skid

有時，事件紀錄對應的指令會出現滑行 (skid) 的現象，這與 CPU 流水線會要求指令拆分成微指令 (Micro-Ops) 有關，這些微指令可能會被亂序執行。

## Perf 的首次嘗試

- 系統規格參考[此處](https://hackmd.io/@dennis40816/linux2025q1-lab0c)
- 安裝 perf 流程和相關文件連結請參考[運用 Perf 分析程式效能並改善](https://hackmd.io/@sysprog/linux-perf)

1. 使用 `perf top` 時出現以下畫面:

透過以下指令確認 `perf_event_paranoid` 是否設定正確:

    cat /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid

Ubuntu 24.04 的預設值是 4，可以透過以下指令暫時修改:

    sudo sysctl kernel.perf_event_paranoid=<parameter>
    # 作者設定成 -1

另外若要檢測 cache miss 則還需要取消 kernel pointer 限制，將 `kernel.kptr_restrict` (當 >=1，會隱藏 kernel pointer 在 `/proc` 中)，執行以下:

    sudo sh -c "echo 0 > /proc/sys/kernel/kptr_restrict"

2.

## Perf 的限制
因其本質為取樣測量，通常具有以下限制:
- 對 lockstep 不具備觀察能力。
- 當效能瓶頸跟執行順序有關 (例如 A-> B 效能比 B -> A 效能差)，無法很好地揭露這個問題。

## Perf Cheat Sheet
可以參考 [Brendan Gregg perf 筆記](https://www.brendangregg.com/perf.html)

以下列舉常用的 Perf 指令:

**快速觀察**

perf stat <elf-file-name>

# e.g.,
perf stat ./test

# 紀錄
perf record -F 99 -a -g --sleep 20
# 閱讀報告
perf report -n --stdio

**CPU 快取缺失 (cache miss)**

## 如何估算一個程式執行的最優時間?

## Reference

- [Performance Evaluation: perf, eBPF](https://hackmd.io/@st9540808/HkBl5kCSU)
- [Brendan Gregg perf](https://www.brendangregg.com/perf.html)
- [運用 Perf 分析程式效能並改善](https://hackmd.io/@sysprog/linux-perf)