📚 课程目录第3章 perf工具安装与配置

3. perf 工具安装与配置：在嵌入式目标板上交叉编译、安装与内核事件源配置

在嵌入式 Linux 启动性能分析场景中，目标板通常资源受限（无完整开发工具链、存储空间小），无法直接在板上运行 apt install perf 或 yum install perf。正确的做法是在 宿主机（Host） 上使用交叉编译工具链为 目标板（Target） 构建 perf 二进制，再将其部署到目标板文件系统中。同时，需要确保内核开启了 perf_event_open 系统调用及相关事件源，否则 perf 无法采集任何数据。

3.1 交叉编译 perf：从内核源码树中构建

perf 工具的源码位于 Linux 内核源码树的 tools/perf/ 目录下。它不依赖复杂的 autotools，而是使用 make 配合内核构建系统。交叉编译的关键在于指定正确的 交叉编译工具链前缀 和 目标架构。

  前置条件：宿主机已安装目标架构的交叉编译工具链（如 arm-linux-gnueabihf-gcc、aarch64-linux-gnu-gcc），且内核源码版本与目标板运行的内核版本一致或非常接近。

3.1.1 编译步骤

进入 perf 源码目录
```
cd <kernel-source>/tools/perf
```

配置交叉编译环境变量

export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
export ARCH=arm

对于 64 位 ARM 平台：

export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
export ARCH=arm64

执行 make 编译
```
make -j$(nproc)
```
编译完成后，当前目录下会生成 perf 可执行文件。使用 file perf 命令确认其架构是否正确。
精简二进制（可选）
嵌入式环境存储空间有限，可使用 strip 工具去除符号表：
```
${CROSS_COMPILE}strip perf
```

3.1.2 常见编译选项与依赖

选项 / 依赖	说明	嵌入式建议
`NO_LIBELF=1`	禁用 ELF 解析（影响符号解析）	若不需要符号翻译，可开启以减小体积
`NO_NEWT=1`	禁用 TUI 界面	嵌入式通常不需要图形界面，建议开启
`NO_LIBUNWIND=1`	禁用 unwind 库（影响调用链）	若只需采样，可关闭；若需调用链则需开启
`NO_LIBNUMA=1`	禁用 NUMA 支持	单核或非 NUMA 系统建议开启
`NO_SLANG=1`	禁用 slang 库（影响报表显示）	建议开启，减少依赖

示例：最小化编译命令：

make -j$(nproc) \
  NO_LIBELF=1 \
  NO_NEWT=1 \
  NO_LIBUNWIND=1 \
  NO_LIBNUMA=1 \
  NO_SLANG=1 \
  NO_LZMA=1 \
  NO_BACKTRACE=1

3.2 安装 perf 到目标板

将编译好的 perf 二进制部署到目标板，通常有两种方式：

直接拷贝到根文件系统： 将 perf 放入目标板的 /usr/bin/ 或 /usr/local/bin/，并赋予执行权限：
```
cp perf /path/to/rootfs/usr/bin/
chmod +x /path/to/rootfs/usr/bin/perf
```
通过 NFS 挂载： 在开发阶段，可将宿主机上的 perf 路径通过 NFS 共享给目标板，直接运行。

验证安装： 在目标板上执行 perf --version，确认输出与内核版本匹配。执行 perf list 可查看目标板支持的事件列表。

3.3 配置内核事件源：perf_event_open 系统调用

perf 工具的核心依赖于内核的 perf_event_open 系统调用。如果内核编译时未开启相关配置，perf 将无法工作，典型错误为：No permission to enable perf_event_open syscall 或 perf_event_open failed: Operation not permitted。

3.3.1 内核配置选项

确保内核 .config 中包含以下选项（通常位于 General setup —> Kernel Performance Events And Counters 菜单下）：

配置项	含义	推荐值
`CONFIG_PERF_EVENTS`	性能事件核心支持	y
`CONFIG_HW_PERF_EVENTS`	硬件性能计数器支持（如 PMU）	y
`CONFIG_SOFT_EVENTS`	软件事件支持（如 context-switches）	y
`CONFIG_TRACEPOINTS`	tracepoint 事件支持（如 sched/sched_switch）	y
`CONFIG_FTRACE`	Ftrace 支持（perf 依赖其基础设施）	y
`CONFIG_KALLSYMS`	内核符号表（用于符号解析）	y

3.3.2 用户空间权限配置

即使内核支持 perf_event_open，非 root 用户也可能无法使用。可通过以下方式调整：

临时方案： 在目标板上以 root 用户运行 perf。

永久方案： 设置 kernel.perf_event_paranoid 内核参数。该参数值含义如下：

值	含义
2	只允许 root 用户使用（默认值）
1	允许非 root 用户使用，但禁用某些高精度事件
0	允许非 root 用户使用所有事件
-1	完全无限制（不推荐）

在目标板上执行：

echo 1 > /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid

或通过 sysctl 永久配置：

sysctl -w kernel.perf_event_paranoid=1

3.4 perf_event_open 系统调用流程

perf 工具通过 perf_event_open 系统调用与内核交互。下图展示了从用户态 perf 命令到内核事件采集的完整路径：

3.5 验证配置是否成功

在目标板上执行以下命令，快速验证 perf 工具和内核事件源是否正常工作：

# 查看 perf 版本
perf --version

# 列出所有可用事件（若输出大量事件列表，说明 tracepoint 和 PMU 正常）
perf list

# 执行一个简单的采样测试（采集 5 秒，统计 CPU 时钟事件）
perf stat -e cycles,instructions,cache-misses sleep 1

常见问题：

perf: not found — 二进制未正确部署或路径未包含在 $PATH 中。
perf_event_open failed: Operation not permitted — 内核 perf_event_paranoid 值过高，或未以 root 运行。
perf_event_open failed: No such device — 内核未开启 CONFIG_HW_PERF_EVENTS，或当前 CPU 不支持 PMU。
WARNING: perf not found for kernel x.x.x — perf 版本与内核版本不匹配，建议重新编译。

3.6 本章小结

嵌入式 Linux 启动阶段性能分析的第一步，是确保 perf 工具能够正确运行并采集数据。本章涵盖了从交叉编译、部署安装到内核配置的完整流程。关键要点包括：

使用内核源码树中的 tools/perf/ 进行交叉编译，通过 CROSS_COMPILE 和 ARCH 环境变量指定目标平台。
根据嵌入式资源限制，通过 NO_* 选项裁剪不必要的依赖，减小 perf 二进制体积。
内核必须开启 CONFIG_PERF_EVENTS 及其子选项，并正确设置 perf_event_paranoid 权限。
通过 perf list 和 perf stat 快速验证配置是否生效。