性能監視とは、 「どのようにアプリケーションやシステムが動作して いるのかについて、情報を収集する行為」 のことを指します。 これらの情報は、動作しているコードから取得することができるほか、 CPU やチップセットなどからも取得することができます。

新しいプロセッサであれば、性能監視ユニット (PMU) と呼ばれるものが搭載 されています。 PMU の設計と機能は CPU ごとに異なる仕様になっていて、 たとえばレジスタの数やカウンタの数、機能数については、 CPU 側の実装に よって異なります。

perfmon インターフェイスは汎用的で柔軟性や拡張性に富んだ設計になって います。そのため、プログラム (スレッド) だけでなくシステム全体のレベル でも監視を行なうことができるようになっていて、いずれの場合でもプロファイル 情報をカウントしたりサンプリングしたりすることができるようになっています。 この統一されたインターフェイスにより、可搬性のあるツールを作成することが できるようになっています。まずは 図7.1「perfmon2 のアーキテクチャ」 で概要をお読みください。

図7.1 perfmon2 のアーキテクチャ¶

各 PMU は複数のレジスタから構成されています。それぞれ性能モニタ設定 (PMC) と性能モニタデータ (PMD) と呼ばれます。書き込みは PMC 側にだけ 行なうことができますが、読み込みは両方のレジスタで行なうことができます。 これらのレジスタには、設定情報とデータが保存されます。

perfmon2 は 2 種類のモードに対応します。それぞれサンプリングとカウント と呼ばれるものです。

サンプリング とは通常、一定の時間間隔 (時間ベース) や 一定回数のイベント発生間隔 (イベントベース) で処理されるモードです。 perfmon の場合、時間ベースのサンプリングは、時間で発生するイベント (たとえば unhalted_reference_cycles など) を利用して間接的に 実現しています。

一方、 カウント はイベントの発生回数を元に処理する モードです。

いずれの情報であっても、それらの情報は サンプル 内に保管されます。このサンプルには、たとえばどのスレッドで発生したものかや、 命令ポインタの情報などが含まれています。

下記の例では CPU_OP_CYCLES イベントの発生回数を数え、 100000 回発生するごとにサンプルを採取します:

pfmon --no-cmd-output -e CPU_OP_CYCLES_ALL /bin/ls
1306604 CPU_OP_CYCLES_ALL

また、下記のコマンドは指定した機能の実行回数と、全体サイクル内での 割合を表示します:

pfmon --no-cmd-output --short-smpl-periods=100000   -e CPU_OP_CYCLES_ALL /bin/ls
# results for [28119:28119<-[28102]] (/bin/ls)
# total samples          : 12
# total buffer overflows : 0
#
#                   event00 
#     counts   %self    %cum          code addr 
           1   8.33%   8.33% 0x2000000000007180 
           1   8.33%  16.67% 0x20000000000195a0 
           1   8.33%  25.00% 0x2000000000019260 
           1   8.33%  33.33% 0x2000000000014e60 
           1   8.33%  41.67% 0x20000000001f38c0 
           1   8.33%  50.00% 0x20000000001ea481 
           1   8.33%  58.33% 0x200000000020b260 
           1   8.33%  66.67% 0x2000000000203490 
           1   8.33%  75.00% 0x2000000000203360 
           1   8.33%  83.33% 0x2000000000203440 
           1   8.33%  91.67% 0x4000000000002690 
           1   8.33% 100.00% 0x20000000001cfdf1

利用可能なイベントの一覧を取得するには、 pfmon コマンドに -l を付与して実行してください。なお、この 一覧はホスト側の PMU によってそれぞれ異なることに注意してください:

pfmon -l
ALAT_CAPACITY_MISS_ALL
ALAT_CAPACITY_MISS_FP
ALAT_CAPACITY_MISS_INT
BACK_END_BUBBLE_ALL
BACK_END_BUBBLE_FE
BACK_END_BUBBLE_L1D_FPU_RSE
...
CPU_CPL_CHANGES_ALL
CPU_CPL_CHANGES_LVL0
CPU_CPL_CHANGES_LVL1
CPU_CPL_CHANGES_LVL2
CPU_CPL_CHANGES_LVL3
CPU_OP_CYCLES_ALL
CPU_OP_CYCLES_QUAL
CPU_OP_CYCLES_HALTED
DATA_DEBUG_REGISTER_FAULT
DATA_DEBUG_REGISTER_MATCHES
DATA_EAR_ALAT
...

各項目について説明を読みたい場合は、 -i に続けてイベント名 を指定します:

pfmon -i CPU_OP_CYCLES_ALL
Name     : CPU_OP_CYCLES_ALL
Code     : 0x12
Counters : [ 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ]
Desc     : CPU Operating Cycles -- All CPU cycles counted
Umask    : 0x0
EAR      : None
ETB      : No
MaxIncr  : 1  (Threshold 0)
Qual     : None
Type     : Causal
Set      : None

--system-wide オプションを使用すると、特定の CPU (単体または複数) 上で実行されるすべてのプロセスを監視することができます。 この場合も、 root で実行する必要はありません。既定ではユーザレベルが 全イベントに対して有効になっているためです (-u オプション)。

また、同じ CPU を監視しない限り、複数のシステム全体セッションを同時に実行する こともできます。ただし、スレッドごとのセッションとシステム全体のセッションは 同時には実行できません。

下記の例では、 Itanium IA64 Montecito プロセッサを利用して採取した例です。 システム全体のセッションを実行するには、下記の手順を行ないます:

perfmon は動作中のスレッドを監視することもできます。これは、起動に時間のかかる システムデーモンやプログラムを監視する場合に便利な機能です。この場合は、 まず監視対象のプロセス ID を判断します:

ps ax | grep foo
10027  pts/1    R     2:23  foo

あとは見つかったプロセス ID を、 pfmon コマンドの --attach-task オプションで指定します:

pfmon --attach-task=10027
3682190 CPU_OP_CYCLES_ALL