1208 分享：off cpu 火焰图

3. 绘制在off-cpu的火焰图

3.1 测试代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *fun_test(void *args) {
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        usleep(3);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        int a = 0;
        for(a = 0; a < 10000 ; a = a + 1 ){
            printf("hello world\n");
        }
    }
}
int main() {
    int num = 100;
    pthread_t threads[num];
    int i;
    for (i = 0; i < num; ++i) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, fun_test, NULL);
    }
    for (i = 0; i < num; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    return 0;
}

3.2 代码分析：

从上面代码中我们可以分析到，从mian函数中我们创建了100个线程去执行fun_test 方法
1. fun_test中会调用所有的线程都回去竞争全局锁 mutex 拿到的线程再去执行 usleep 3微妙，
2. 拿到锁的线程然后打印1000次的hello world

在上述的两个过程中是存在会出现off-cpu的地方
1. 一个发生在因为usleep 导致竞争锁的时候 
2. 一个发生在打印的时候，打印的时候会进行sys_write系统调用后，sys_write中有一个tty_write的n_tty_write等待一个mutex的代码上面。

3.3 采集数据

sudo ./sample-bt-off-cpu -p 'pidof a.out' -t 2 -u > tmp.bt

3.4 折叠堆栈数据，绘制火焰图

./stackcollapse-stap.pl tmp.bt > flame.cbt

./flamegraph.pl flame.cbt > flame.svg

3.5 sample-bt-off-cpu 采集off-cpu数据的原理

可以看到sample-bt-off-cpu 是监听了获取到CPU和失去CPU的两个事件，通过这两个事件之前的时间差值计算出，堆栈在0ff-cpu上的时间，然后通过时间计算出堆栈在off-cpu的比例，与获取on-cpu不同的是，on-cpu是根据定时器很高频率的对还在运行中的堆栈做计数计算的，但是off-cpu是监听的在cpu获取和失去的时间差值统计的。

4. 系统调用

计算机系统的各种硬件资源是有限的，在现代多任务操作系统上同时运行的多个进程都需要访问这些资源，为了更好的管理这些资源进程是不允许直接操作的，所有对这些资源的访问都必须有操作系统控制。也就是说操作系统是使用这些资源的唯一入口，而这个入口就是操作系统提供的系统调用（System Call），系统调用和普通库函数调用非常相似，只是系统调用由操作系统核心提供，运行于内核态，而普通的函数调用由函数库或用户自己提供，运行于用户态。

在linux中系统调用是用户空间访问内核的唯一手段，除异常和陷入外，他们是内核唯一的合法入口。操作系统一般是通过中断从用户态切换到内核态。中断就是一个硬件或软件请求，要求CPU暂停当前的工作，去处理更重要的事情。

系统调用在用户空间进程和硬件设备之间添加了一个中间层。该层主要作用有三个：

它为用户空间提供了一种统一的硬件的抽象接口。比如当需要读些文件的时候，应用程序就可以不去管磁盘类型和介质，甚至不用去管文件所在的文件系统到底是哪种类型。
系统调用保证了系统的稳定和安全。作为硬件设备和应用程序之间的中间人，内核可以基于权限和其他一些规则对需要进行的访问进行裁决。举例来说，这样可以避免应用程序不正确地使用硬件设备，窃取其他进程的资源，或做出其他什么危害系统的事情。
每个进程都运行在虚拟系统中，而在用户空间和系统的其余部分提供这样一层公共接口，也是出于这种考虑。如果应用程序可以随意访问硬件而内核又对此一无所知的话，几乎就没法实现多任务和虚拟内存，当然也不可能实现良好的稳定性和安全性。在Linux中，系统调用是用户空间访问内核的惟一手段；除异常和中断外，它们是内核惟一的合法入口。

4.1 查看系统调用

strace 在linux系统中某个程序执行时进行的系统调用可以通过strace命令来查看，多线程的线程必须加上 -f 参数

arthur-zhang / morning-up-up