📚 课程目录第3章 Perf基本命令

3. Perf 基本命令：用法与参数详解

在 Android 底层驱动调优中，perf 是最核心的性能剖析工具。本章将系统讲解 perf 的五大基本命令——perf list、perf stat、perf record、perf report、perf top，涵盖其典型用法、关键参数及在驱动场景下的实践要点。掌握这些命令是后续进行中断分析、调度延迟、缓存命中率等专项调优的基础。

前置条件：确保目标 Android 设备内核已开启 CONFIG_PERF_EVENTS，且用户空间包含 perf 工具（通常位于 /system/bin/perf 或通过 adb shell 使用）。对于非 root 设备，部分硬件事件可能需要 perf_event_paranoid 调整为 1 或更低。

3.1 perf list：列出可监控的事件

perf list 用于查询当前内核与硬件支持的所有性能事件，是驱动开发者选择监控目标的起点。

3.1.1 基本用法

# 列出所有事件（硬件、软件、tracepoint、PMU）
adb shell perf list

# 按类别筛选
adb shell perf list hw          # 仅硬件事件
adb shell perf list sw          # 仅软件事件
adb shell perf list cache       # 仅缓存事件
adb shell perf list tracepoint  # 仅内核 tracepoint

3.1.2 驱动调优常用事件

事件类别	典型事件名	驱动调优场景
硬件 (PMU)	`cpu-cycles`, `instructions`, `cache-misses`	评估中断处理函数指令效率、DMA 缓存一致性开销
软件	`context-switches`, `page-faults`, `cpu-migrations`	分析驱动线程调度延迟、内存映射开销
Tracepoint	`irq:irq_handler_entry`, `sched:sched_wakeup`, `power:cpu_idle`	追踪中断响应时间、唤醒延迟、电源状态切换
动态 PMU	`exynos-llc`, `cci` (取决于 SoC)	监控片内互联/LLC 延迟，优化驱动缓存一致性协议

注意：不同 SoC（如 Qualcomm、MTK、Exynos）的 PMU 事件名可能不同。务必先在目标设备上执行 perf list 确认可用事件，避免在脚本中硬编码不存在的 PMU 名称。

3.2 perf stat：快速统计性能计数器

perf stat 用于在程序或一段命令执行期间，汇总关键性能计数器的总值与平均值，适合快速评估驱动模块的整体开销。

3.2.1 基本语法与驱动示例

# 统计一个驱动测试程序执行期间的硬件事件
adb shell perf stat -e cycles,instructions,cache-misses,branch-misses \
  /data/local/tmp/driver_test

# 统计内核模块加载时的软件事件
adb shell perf stat -e context-switches,page-faults,cpu-migrations \
  -- insmod /vendor/lib/modules/gpu_drv.ko

# 统计特定 PID 驱动线程 5 秒内的统计
adb shell perf stat -p 1234 -e irq:irq_handler_entry,irq:irq_handler_exit sleep 5

3.2.2 关键参数

参数	说明	驱动调优典型用法
`-e`	指定事件列表，逗号分隔	`-e cycles,instructions,cache-misses`
`-p`	监控指定 PID	`-p $(pidof surfaceflinger)` 分析显示驱动
`-a`	全系统模式	`-a -e cache-misses` 评估全局缓存压力
`-r N`	重复运行 N 次，取平均值	`-r 5 ./dma_test` 消除单次抖动
`--per-core`	按 CPU 核分别输出统计	分析中断亲和性是否均衡
`--interval-print N`	每 N 毫秒打印一次快照	观察驱动在不同负载阶段的计数器变化

  驱动调优实战：使用 perf stat -e instructions,cycles -p <irq_thread_pid> --interval-print 1000 可以每秒观察中断线程的 IPC（Instructions Per Cycle）。若 IPC 持续低于 0.5，说明该中断处理函数存在严重的指令停顿（如 cache miss 或分支预测失败），需要进一步用 perf record 定位热点。

3.3 perf record & perf report：采样与热点分析

perf record 通过采样（sampling）记录事件发生时 CPU 的指令指针（IP）或调用栈，perf report 则对采样数据进行符号解析与排序，生成热点报告。这是驱动开发者定位性能瓶颈最强大的组合。

3.3.1 典型驱动采样场景

# 场景1：对驱动测试程序进行 CPU 周期采样，生成调用链
adb shell perf record -e cycles -g --call-graph dwarf \
  -o /data/local/tmp/perf.data /data/local/tmp/driver_test

# 场景2：采样特定内核线程（如 IRQ 线程）10 秒
adb shell perf record -e cycles -p $(pidof irq/296-5b10000) \
  -g -- sleep 10

# 场景3：全系统采样 cache-misses，关注驱动模块
adb shell perf record -e cache-misses -a -g -- sleep 5

3.3.2 关键参数对比

参数	perf record	perf report
`-e`	指定采样事件（默认 cycles）	过滤只显示某事件的数据
`-g`	记录调用栈（call-graph）	显示调用链占比
`--call-graph`	设置栈展开方式：fp / dwarf / lbr	—
`-p`	附加到指定 PID	—
`-a`	全系统采样	—
`-F`	采样频率（如 1000 Hz）	—
`-i`	—	指定输入文件（默认 perf.data）
`--sort`	—	排序方式：comm, dso, symbol, srcline
`--stdio`	—	以文本形式输出，适合脚本处理

3.3.3 驱动热点分析示例

# 在设备上生成采样数据后，拉取到主机分析
adb pull /data/local/tmp/perf.data .
perf report -i perf.data --sort comm,dso,symbol --stdio | head -40

# 输出示例（驱动相关）：
# # Overhead  Command          Shared Object          Symbol
# # ........  ...............  .....................  ......................
#     35.20%  irq/296-5b10000  [kernel.kallsyms]     [k] dma_alloc_from_pool
#     12.15%  irq/296-5b10000  [kernel.kallsyms]     [k] _raw_spin_lock_irqsave
#      8.70%  irq/296-5b10000  [vendor_module.ko]    [k] gpu_irq_handler

驱动调优要点：若热点集中在 dma_alloc_from_pool 或 _raw_spin_lock_irqsave，说明驱动在中断上下文中频繁进行内存分配或自旋锁竞争。优化方向包括：使用预分配 DMA 池、改用无锁数据结构、将耗时操作推迟到工作队列。

3.4 perf top：实时热点监控

perf top 类似于 Linux top 命令，但展示的是实时采样中最耗 CPU 的函数（符号）排名，适合在驱动运行过程中动态观察热点变化。

3.4.1 驱动实时监控命令

# 实时显示内核与用户空间热点（默认采样 cycles）
adb shell perf top

# 只显示内核态符号（驱动模块通常在内核态）
adb shell perf top -k vmlinux --kallsyms /proc/kallsyms

# 按特定事件排序（如 cache-misses）
adb shell perf top -e cache-misses -a

# 显示调用链（-g），帮助理解热点上下文
adb shell perf top -g -p $(pidof surfaceflinger)

3.4.2 常用参数

参数	说明	驱动场景
`-e`	指定采样事件	`-e cache-misses` 观察缓存未命中热点
`-p`	只监控指定 PID	`-p $(pidof irq/xxx)` 聚焦中断线程
`-K`	不显示用户空间符号	只关注内核驱动模块
`-U`	不显示内核空间符号	分析用户态驱动 HAL 层
`-n`	显示采样计数	评估热点函数的绝对采样频率
`--sort`	排序方式（默认按 overhead）	`--sort dso,symbol` 按模块分组

性能开销注意：perf top 默认以 1000 Hz 频率采样，在低端 Android 设备上可能引入 1-3% 的额外开销。对于生产环境或功耗敏感测试，建议降低采样频率（-F 100）或使用 perf record 离线分析。

3.5 命令选择矩阵

根据不同的驱动调优阶段，选择合适的 perf 命令可以事半功倍：

调优阶段	推荐命令	核心关注点
事件探索	`perf list`	确认目标 SoC 支持的 PMU 与 tracepoint
快速评估	`perf stat`	IPC、cache-miss 率、上下文切换频率
热点定位	`perf record + report`	函数级热点、调用链、锁竞争
实时监控	`perf top`	动态观察热点变化，验证优化效果

  驱动调优工作流建议：先 perf list 确认可用事件 → perf stat 快速评估整体指标 → 若发现异常（如 cache-miss 率 > 10%），使用 perf record -g 采样并生成报告 → 根据热点函数优化代码 → 用 perf top 实时验证优化效果。此闭环可高效迭代驱动性能。