NetBSD ドキュメンテーション: カーネルプロファイリング HOWTO

この文章にはどのようにカーネルプロファイリングが動作し、どう使うのかが書かれています。このドキュメントは Matthias Drochner <drochner@zel459.zel.kfa-juelich.de> の筆によります。

カーネルプロファイリング

どのように動作するのか
呼び出しグラフの記録
統計的なプロファイリング
使い方

カーネルプロファイリング

どのように動作するのか (トップ)

プロファイル済みのコードの振る舞いに関する、 2種類のデータが個別に記録されます: 全関数の呼び出し頻度 (呼び出しグラフプロファイリング) と各関数の処理にかかった時間です。これらは、適当にサンプルされた時に関数内にあるプログラムカウンターの確率によって概算され、その確率は、調べている関数が実行中に起こる、プロファイリングタイマーの割り込み率によって逆に概算されます。 gprof(1) というユーティリティーを使って、データを解釈します。しかし、二つのデータの相関性がないため、いくつか制限が出てきます。これは、manページのBUGSの章に書かれています。

カーネルのプロファイリングとユーザープログラムのプロファイリングは、よく似ています; プロファイリングデータを処理する方法と、コントロールする方法が若干違う程度です。

カーネルプロファイリングに関係するデータは、グローバル構造体の _gmonparam 内にあります。この構造体は、( kern/subr_prof.c 中の) kmstartup() により、システムが初期化する際に初期化されます。ユーザーレベルのコントロールプログラムである kgmon(8) は、コントロールとデータアクセスのために sysctl(3) を呼び出し、一部 kvm(3) アクセスを呼び出しています (動作しているカーネルがプロファイルされる標準的な場合もです!) 。

呼び出しグラフの記録 (トップ)

プロファイリングのフラグ (-pg) により、コンパイラーは関数のエントリーごとに mcount() を呼び出します。これは、マシン独自の橋渡しによって、 _mcount(frompc,selfpc) へ送られます。 _mcount(frompc,selfpc) は sys/lib/libkern/mcount.c で実装されます。 frompc は関数を呼び出すアドレスで、 selfpc は呼ばれる関数自体のアドレスです。

プロファイル中に遭遇する全ての (frompc, selfpc) 用に、 struct tostruct は _gmonparam.tos が示す配列から割り当てられます。エントリーは最初に使用する順番で、始めから終わりまで単純に割り当てられます。 kmstartup() 内のあるマジックによって、カーネルのテキストサイズから配列のサイズが決められます -- 一種の"経験則" のようです。

struct tostruct のエントリーは、ヒストグラムカウンターと一緒に、呼ばれた関数 (selfpc) のアドレスを持っています。同じ呼び出しアドレスにあるエントリーは、リンクした一覧を形成します。一覧のヘッド (つまり、特定の呼び出しアドレスに属する _gmonparam.tos 配列内の最初のエントリーの見出し) は、 _gmonparam.froms という二つ目のデータ配列にあります。この _gmonparam.froms は、ある値によって分割された呼び出しアドレス (frompc) により、見出しを付けられます (ある値は、コード内の二つの呼び出しの最短距離より長くなることはありません - sys/sys/gmon.h にあるコメントを見てください) 。

標準的な関数呼び出しには、それぞれの frompc に対して selfpc がひとつしかないことに注意してください。その結果、典型的な一覧が一つのメンバーのみで構成されるようになります。

統計的なプロファイリング (トップ)

プロファイリングが始まると、プロファイリングタイマーの割り込みがセットされ、 statclock() を呼び出します ( sys/kern/kern_clock.c を参照してください) 。プロファイリングタイマーは、関数への干渉がシステムのクロックと同期して動かなくならないように、通常のシステムクロックから独立したタイマーであるべきです。 statclock() はユーザープログラムでも、カーネルプロファイリングでも使われます。

ある値で再分割されていれば、割り込み時にプログラムカウンターは見出しとして使われて、ヒストグラムの _gmonparam.kcount に記録され、該当するセルの値が増えます。

使い方 (トップ)

プロファイリングカーネルを構築し、ブートします。これには、 -p フラグを用いて config(8) します。用いなければ、特別なことはありません。プロファイリングカーネルは以下のようなメッセージを自動設定後、ルートファイルシステムがマウントされる前に出力します。
```
Profiling kernel, textsize=1611256 [f0100000..f02895f8]
```
/netbsd が現在動作しているカーネルであるか確認してください。もし違えば、下の kgmon(8) の呼び出しで、 -N オプションを使ってください。
kgmon -b でプロファイリングを開始します。
いくつかアプリケーションを起動して、システムの中でも調べたい部分に負担をかけます。
kgmon -h でプロファイリングを止めます。
kgmon -p を起動して、収集したデータを gmon.out というファイルに書き込みます。
他のものを計測する前に、 kgmon -r でカーネル内のプロファイリングデータのバッファーをリセットします。
gmon.out から人間が判読できる解釈を入手するため、以下のコマンドを実行します。
```
% gprof /netbsd gmon.out > gprof.txt
```
データの解釈をします。

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