Merge tag 'drm-misc-fixes-2020-09-18' of git://anongit.freedesktop.org/drm/drm-misc...
[linux-2.6-microblaze.git] / tools / perf / Documentation / perf-intel-pt.txt
1 perf-intel-pt(1)
2 ================
3
4 NAME
5 ----
6 perf-intel-pt - Support for Intel Processor Trace within perf tools
7
8 SYNOPSIS
9 --------
10 [verse]
11 'perf record' -e intel_pt//
12
13 DESCRIPTION
14 -----------
15
16 Intel Processor Trace (Intel PT) is an extension of Intel Architecture that
17 collects information about software execution such as control flow, execution
18 modes and timings and formats it into highly compressed binary packets.
19 Technical details are documented in the Intel 64 and IA-32 Architectures
20 Software Developer Manuals, Chapter 36 Intel Processor Trace.
21
22 Intel PT is first supported in Intel Core M and 5th generation Intel Core
23 processors that are based on the Intel micro-architecture code name Broadwell.
24
25 Trace data is collected by 'perf record' and stored within the perf.data file.
26 See below for options to 'perf record'.
27
28 Trace data must be 'decoded' which involves walking the object code and matching
29 the trace data packets. For example a TNT packet only tells whether a
30 conditional branch was taken or not taken, so to make use of that packet the
31 decoder must know precisely which instruction was being executed.
32
33 Decoding is done on-the-fly.  The decoder outputs samples in the same format as
34 samples output by perf hardware events, for example as though the "instructions"
35 or "branches" events had been recorded.  Presently 3 tools support this:
36 'perf script', 'perf report' and 'perf inject'.  See below for more information
37 on using those tools.
38
39 The main distinguishing feature of Intel PT is that the decoder can determine
40 the exact flow of software execution.  Intel PT can be used to understand why
41 and how did software get to a certain point, or behave a certain way.  The
42 software does not have to be recompiled, so Intel PT works with debug or release
43 builds, however the executed images are needed - which makes use in JIT-compiled
44 environments, or with self-modified code, a challenge.  Also symbols need to be
45 provided to make sense of addresses.
46
47 A limitation of Intel PT is that it produces huge amounts of trace data
48 (hundreds of megabytes per second per core) which takes a long time to decode,
49 for example two or three orders of magnitude longer than it took to collect.
50 Another limitation is the performance impact of tracing, something that will
51 vary depending on the use-case and architecture.
52
53
54 Quickstart
55 ----------
56
57 It is important to start small.  That is because it is easy to capture vastly
58 more data than can possibly be processed.
59
60 The simplest thing to do with Intel PT is userspace profiling of small programs.
61 Data is captured with 'perf record' e.g. to trace 'ls' userspace-only:
62
63         perf record -e intel_pt//u ls
64
65 And profiled with 'perf report' e.g.
66
67         perf report
68
69 To also trace kernel space presents a problem, namely kernel self-modifying
70 code.  A fairly good kernel image is available in /proc/kcore but to get an
71 accurate image a copy of /proc/kcore needs to be made under the same conditions
72 as the data capture. 'perf record' can make a copy of /proc/kcore if the option
73 --kcore is used, but access to /proc/kcore is restricted e.g.
74
75         sudo perf record -o pt_ls --kcore -e intel_pt// -- ls
76
77 which will create a directory named 'pt_ls' and put the perf.data file (named
78 simply 'data') and copies of /proc/kcore, /proc/kallsyms and /proc/modules into
79 it.  The other tools understand the directory format, so to use 'perf report'
80 becomes:
81
82         sudo perf report -i pt_ls
83
84 Because samples are synthesized after-the-fact, the sampling period can be
85 selected for reporting. e.g. sample every microsecond
86
87         sudo perf report pt_ls --itrace=i1usge
88
89 See the sections below for more information about the --itrace option.
90
91 Beware the smaller the period, the more samples that are produced, and the
92 longer it takes to process them.
93
94 Also note that the coarseness of Intel PT timing information will start to
95 distort the statistical value of the sampling as the sampling period becomes
96 smaller.
97
98 To represent software control flow, "branches" samples are produced.  By default
99 a branch sample is synthesized for every single branch.  To get an idea what
100 data is available you can use the 'perf script' tool with all itrace sampling
101 options, which will list all the samples.
102
103         perf record -e intel_pt//u ls
104         perf script --itrace=ibxwpe
105
106 An interesting field that is not printed by default is 'flags' which can be
107 displayed as follows:
108
109         perf script --itrace=ibxwpe -F+flags
110
111 The flags are "bcrosyiABEx" which stand for branch, call, return, conditional,
112 system, asynchronous, interrupt, transaction abort, trace begin, trace end, and
113 in transaction, respectively.
114
115 Another interesting field that is not printed by default is 'ipc' which can be
116 displayed as follows:
117
118         perf script --itrace=be -F+ipc
119
120 There are two ways that instructions-per-cycle (IPC) can be calculated depending
121 on the recording.
122
123 If the 'cyc' config term (see config terms section below) was used, then IPC is
124 calculated using the cycle count from CYC packets, otherwise MTC packets are
125 used - refer to the 'mtc' config term.  When MTC is used, however, the values
126 are less accurate because the timing is less accurate.
127
128 Because Intel PT does not update the cycle count on every branch or instruction,
129 the values will often be zero.  When there are values, they will be the number
130 of instructions and number of cycles since the last update, and thus represent
131 the average IPC since the last IPC for that event type.  Note IPC for "branches"
132 events is calculated separately from IPC for "instructions" events.
133
134 Also note that the IPC instruction count may or may not include the current
135 instruction.  If the cycle count is associated with an asynchronous branch
136 (e.g. page fault or interrupt), then the instruction count does not include the
137 current instruction, otherwise it does.  That is consistent with whether or not
138 that instruction has retired when the cycle count is updated.
139
140 Another note, in the case of "branches" events, non-taken branches are not
141 presently sampled, so IPC values for them do not appear e.g. a CYC packet with a
142 TNT packet that starts with a non-taken branch.  To see every possible IPC
143 value, "instructions" events can be used e.g. --itrace=i0ns
144
145 While it is possible to create scripts to analyze the data, an alternative
146 approach is available to export the data to a sqlite or postgresql database.
147 Refer to script export-to-sqlite.py or export-to-postgresql.py for more details,
148 and to script exported-sql-viewer.py for an example of using the database.
149
150 There is also script intel-pt-events.py which provides an example of how to
151 unpack the raw data for power events and PTWRITE.
152
153 As mentioned above, it is easy to capture too much data.  One way to limit the
154 data captured is to use 'snapshot' mode which is explained further below.
155 Refer to 'new snapshot option' and 'Intel PT modes of operation' further below.
156
157 Another problem that will be experienced is decoder errors.  They can be caused
158 by inability to access the executed image, self-modified or JIT-ed code, or the
159 inability to match side-band information (such as context switches and mmaps)
160 which results in the decoder not knowing what code was executed.
161
162 There is also the problem of perf not being able to copy the data fast enough,
163 resulting in data lost because the buffer was full.  See 'Buffer handling' below
164 for more details.
165
166
167 perf record
168 -----------
169
170 new event
171 ~~~~~~~~~
172
173 The Intel PT kernel driver creates a new PMU for Intel PT.  PMU events are
174 selected by providing the PMU name followed by the "config" separated by slashes.
175 An enhancement has been made to allow default "config" e.g. the option
176
177         -e intel_pt//
178
179 will use a default config value.  Currently that is the same as
180
181         -e intel_pt/tsc,noretcomp=0/
182
183 which is the same as
184
185         -e intel_pt/tsc=1,noretcomp=0/
186
187 Note there are now new config terms - see section 'config terms' further below.
188
189 The config terms are listed in /sys/devices/intel_pt/format.  They are bit
190 fields within the config member of the struct perf_event_attr which is
191 passed to the kernel by the perf_event_open system call.  They correspond to bit
192 fields in the IA32_RTIT_CTL MSR.  Here is a list of them and their definitions:
193
194         $ grep -H . /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/*
195         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/cyc:config:1
196         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/cyc_thresh:config:19-22
197         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/mtc:config:9
198         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/mtc_period:config:14-17
199         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/noretcomp:config:11
200         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/psb_period:config:24-27
201         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/tsc:config:10
202
203 Note that the default config must be overridden for each term i.e.
204
205         -e intel_pt/noretcomp=0/
206
207 is the same as:
208
209         -e intel_pt/tsc=1,noretcomp=0/
210
211 So, to disable TSC packets use:
212
213         -e intel_pt/tsc=0/
214
215 It is also possible to specify the config value explicitly:
216
217         -e intel_pt/config=0x400/
218
219 Note that, as with all events, the event is suffixed with event modifiers:
220
221         u       userspace
222         k       kernel
223         h       hypervisor
224         G       guest
225         H       host
226         p       precise ip
227
228 'h', 'G' and 'H' are for virtualization which is not supported by Intel PT.
229 'p' is also not relevant to Intel PT.  So only options 'u' and 'k' are
230 meaningful for Intel PT.
231
232 perf_event_attr is displayed if the -vv option is used e.g.
233
234         ------------------------------------------------------------
235         perf_event_attr:
236         type                             6
237         size                             112
238         config                           0x400
239         { sample_period, sample_freq }   1
240         sample_type                      IP|TID|TIME|CPU|IDENTIFIER
241         read_format                      ID
242         disabled                         1
243         inherit                          1
244         exclude_kernel                   1
245         exclude_hv                       1
246         enable_on_exec                   1
247         sample_id_all                    1
248         ------------------------------------------------------------
249         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
250         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
251         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
252         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
253         ------------------------------------------------------------
254
255
256 config terms
257 ~~~~~~~~~~~~
258
259 The June 2015 version of Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer
260 Manuals, Chapter 36 Intel Processor Trace, defined new Intel PT features.
261 Some of the features are reflect in new config terms.  All the config terms are
262 described below.
263
264 tsc             Always supported.  Produces TSC timestamp packets to provide
265                 timing information.  In some cases it is possible to decode
266                 without timing information, for example a per-thread context
267                 that does not overlap executable memory maps.
268
269                 The default config selects tsc (i.e. tsc=1).
270
271 noretcomp       Always supported.  Disables "return compression" so a TIP packet
272                 is produced when a function returns.  Causes more packets to be
273                 produced but might make decoding more reliable.
274
275                 The default config does not select noretcomp (i.e. noretcomp=0).
276
277 psb_period      Allows the frequency of PSB packets to be specified.
278
279                 The PSB packet is a synchronization packet that provides a
280                 starting point for decoding or recovery from errors.
281
282                 Support for psb_period is indicated by:
283
284                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/psb_cyc
285
286                 which contains "1" if the feature is supported and "0"
287                 otherwise.
288
289                 Valid values are given by:
290
291                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/psb_periods
292
293                 which contains a hexadecimal value, the bits of which represent
294                 valid values e.g. bit 2 set means value 2 is valid.
295
296                 The psb_period value is converted to the approximate number of
297                 trace bytes between PSB packets as:
298
299                         2 ^ (value + 11)
300
301                 e.g. value 3 means 16KiB bytes between PSBs
302
303                 If an invalid value is entered, the error message
304                 will give a list of valid values e.g.
305
306                         $ perf record -e intel_pt/psb_period=15/u uname
307                         Invalid psb_period for intel_pt. Valid values are: 0-5
308
309                 If MTC packets are selected, the default config selects a value
310                 of 3 (i.e. psb_period=3) or the nearest lower value that is
311                 supported (0 is always supported).  Otherwise the default is 0.
312
313                 If decoding is expected to be reliable and the buffer is large
314                 then a large PSB period can be used.
315
316                 Because a TSC packet is produced with PSB, the PSB period can
317                 also affect the granularity to timing information in the absence
318                 of MTC or CYC.
319
320 mtc             Produces MTC timing packets.
321
322                 MTC packets provide finer grain timestamp information than TSC
323                 packets.  MTC packets record time using the hardware crystal
324                 clock (CTC) which is related to TSC packets using a TMA packet.
325
326                 Support for this feature is indicated by:
327
328                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/mtc
329
330                 which contains "1" if the feature is supported and
331                 "0" otherwise.
332
333                 The frequency of MTC packets can also be specified - see
334                 mtc_period below.
335
336 mtc_period      Specifies how frequently MTC packets are produced - see mtc
337                 above for how to determine if MTC packets are supported.
338
339                 Valid values are given by:
340
341                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/mtc_periods
342
343                 which contains a hexadecimal value, the bits of which represent
344                 valid values e.g. bit 2 set means value 2 is valid.
345
346                 The mtc_period value is converted to the MTC frequency as:
347
348                         CTC-frequency / (2 ^ value)
349
350                 e.g. value 3 means one eighth of CTC-frequency
351
352                 Where CTC is the hardware crystal clock, the frequency of which
353                 can be related to TSC via values provided in cpuid leaf 0x15.
354
355                 If an invalid value is entered, the error message
356                 will give a list of valid values e.g.
357
358                         $ perf record -e intel_pt/mtc_period=15/u uname
359                         Invalid mtc_period for intel_pt. Valid values are: 0,3,6,9
360
361                 The default value is 3 or the nearest lower value
362                 that is supported (0 is always supported).
363
364 cyc             Produces CYC timing packets.
365
366                 CYC packets provide even finer grain timestamp information than
367                 MTC and TSC packets.  A CYC packet contains the number of CPU
368                 cycles since the last CYC packet. Unlike MTC and TSC packets,
369                 CYC packets are only sent when another packet is also sent.
370
371                 Support for this feature is indicated by:
372
373                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/psb_cyc
374
375                 which contains "1" if the feature is supported and
376                 "0" otherwise.
377
378                 The number of CYC packets produced can be reduced by specifying
379                 a threshold - see cyc_thresh below.
380
381 cyc_thresh      Specifies how frequently CYC packets are produced - see cyc
382                 above for how to determine if CYC packets are supported.
383
384                 Valid cyc_thresh values are given by:
385
386                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/cycle_thresholds
387
388                 which contains a hexadecimal value, the bits of which represent
389                 valid values e.g. bit 2 set means value 2 is valid.
390
391                 The cyc_thresh value represents the minimum number of CPU cycles
392                 that must have passed before a CYC packet can be sent.  The
393                 number of CPU cycles is:
394
395                         2 ^ (value - 1)
396
397                 e.g. value 4 means 8 CPU cycles must pass before a CYC packet
398                 can be sent.  Note a CYC packet is still only sent when another
399                 packet is sent, not at, e.g. every 8 CPU cycles.
400
401                 If an invalid value is entered, the error message
402                 will give a list of valid values e.g.
403
404                         $ perf record -e intel_pt/cyc,cyc_thresh=15/u uname
405                         Invalid cyc_thresh for intel_pt. Valid values are: 0-12
406
407                 CYC packets are not requested by default.
408
409 pt              Specifies pass-through which enables the 'branch' config term.
410
411                 The default config selects 'pt' if it is available, so a user will
412                 never need to specify this term.
413
414 branch          Enable branch tracing.  Branch tracing is enabled by default so to
415                 disable branch tracing use 'branch=0'.
416
417                 The default config selects 'branch' if it is available.
418
419 ptw             Enable PTWRITE packets which are produced when a ptwrite instruction
420                 is executed.
421
422                 Support for this feature is indicated by:
423
424                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/ptwrite
425
426                 which contains "1" if the feature is supported and
427                 "0" otherwise.
428
429 fup_on_ptw      Enable a FUP packet to follow the PTWRITE packet.  The FUP packet
430                 provides the address of the ptwrite instruction.  In the absence of
431                 fup_on_ptw, the decoder will use the address of the previous branch
432                 if branch tracing is enabled, otherwise the address will be zero.
433                 Note that fup_on_ptw will work even when branch tracing is disabled.
434
435 pwr_evt         Enable power events.  The power events provide information about
436                 changes to the CPU C-state.
437
438                 Support for this feature is indicated by:
439
440                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/power_event_trace
441
442                 which contains "1" if the feature is supported and
443                 "0" otherwise.
444
445
446 AUX area sampling option
447 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
448
449 To select Intel PT "sampling" the AUX area sampling option can be used:
450
451         --aux-sample
452
453 Optionally it can be followed by the sample size in bytes e.g.
454
455         --aux-sample=8192
456
457 In addition, the Intel PT event to sample must be defined e.g.
458
459         -e intel_pt//u
460
461 Samples on other events will be created containing Intel PT data e.g. the
462 following will create Intel PT samples on the branch-misses event, note the
463 events must be grouped using {}:
464
465         perf record --aux-sample -e '{intel_pt//u,branch-misses:u}'
466
467 An alternative to '--aux-sample' is to add the config term 'aux-sample-size' to
468 events.  In this case, the grouping is implied e.g.
469
470         perf record -e intel_pt//u -e branch-misses/aux-sample-size=8192/u
471
472 is the same as:
473
474         perf record -e '{intel_pt//u,branch-misses/aux-sample-size=8192/u}'
475
476 but allows for also using an address filter e.g.:
477
478         perf record -e intel_pt//u --filter 'filter * @/bin/ls' -e branch-misses/aux-sample-size=8192/u -- ls
479
480 It is important to select a sample size that is big enough to contain at least
481 one PSB packet.  If not a warning will be displayed:
482
483         Intel PT sample size (%zu) may be too small for PSB period (%zu)
484
485 The calculation used for that is: if sample_size <= psb_period + 256 display the
486 warning.  When sampling is used, psb_period defaults to 0 (2KiB).
487
488 The default sample size is 4KiB.
489
490 The sample size is passed in aux_sample_size in struct perf_event_attr.  The
491 sample size is limited by the maximum event size which is 64KiB.  It is
492 difficult to know how big the event might be without the trace sample attached,
493 but the tool validates that the sample size is not greater than 60KiB.
494
495
496 new snapshot option
497 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
498
499 The difference between full trace and snapshot from the kernel's perspective is
500 that in full trace we don't overwrite trace data that the user hasn't collected
501 yet (and indicated that by advancing aux_tail), whereas in snapshot mode we let
502 the trace run and overwrite older data in the buffer so that whenever something
503 interesting happens, we can stop it and grab a snapshot of what was going on
504 around that interesting moment.
505
506 To select snapshot mode a new option has been added:
507
508         -S
509
510 Optionally it can be followed by the snapshot size e.g.
511
512         -S0x100000
513
514 The default snapshot size is the auxtrace mmap size.  If neither auxtrace mmap size
515 nor snapshot size is specified, then the default is 4MiB for privileged users
516 (or if /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid < 0), 128KiB for unprivileged users.
517 If an unprivileged user does not specify mmap pages, the mmap pages will be
518 reduced as described in the 'new auxtrace mmap size option' section below.
519
520 The snapshot size is displayed if the option -vv is used e.g.
521
522         Intel PT snapshot size: %zu
523
524
525 new auxtrace mmap size option
526 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
527
528 Intel PT buffer size is specified by an addition to the -m option e.g.
529
530         -m,16
531
532 selects a buffer size of 16 pages i.e. 64KiB.
533
534 Note that the existing functionality of -m is unchanged.  The auxtrace mmap size
535 is specified by the optional addition of a comma and the value.
536
537 The default auxtrace mmap size for Intel PT is 4MiB/page_size for privileged users
538 (or if /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid < 0), 128KiB for unprivileged users.
539 If an unprivileged user does not specify mmap pages, the mmap pages will be
540 reduced from the default 512KiB/page_size to 256KiB/page_size, otherwise the
541 user is likely to get an error as they exceed their mlock limit (Max locked
542 memory as shown in /proc/self/limits).  Note that perf does not count the first
543 512KiB (actually /proc/sys/kernel/perf_event_mlock_kb minus 1 page) per cpu
544 against the mlock limit so an unprivileged user is allowed 512KiB per cpu plus
545 their mlock limit (which defaults to 64KiB but is not multiplied by the number
546 of cpus).
547
548 In full-trace mode, powers of two are allowed for buffer size, with a minimum
549 size of 2 pages.  In snapshot mode or sampling mode, it is the same but the
550 minimum size is 1 page.
551
552 The mmap size and auxtrace mmap size are displayed if the -vv option is used e.g.
553
554         mmap length 528384
555         auxtrace mmap length 4198400
556
557
558 Intel PT modes of operation
559 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
560
561 Intel PT can be used in 2 modes:
562         full-trace mode
563         sample mode
564         snapshot mode
565
566 Full-trace mode traces continuously e.g.
567
568         perf record -e intel_pt//u uname
569
570 Sample mode attaches a Intel PT sample to other events e.g.
571
572         perf record --aux-sample -e intel_pt//u -e branch-misses:u
573
574 Snapshot mode captures the available data when a signal is sent e.g.
575
576         perf record -v -e intel_pt//u -S ./loopy 1000000000 &
577         [1] 11435
578         kill -USR2 11435
579         Recording AUX area tracing snapshot
580
581 Note that the signal sent is SIGUSR2.
582 Note that "Recording AUX area tracing snapshot" is displayed because the -v
583 option is used.
584
585 The 2 modes cannot be used together.
586
587
588 Buffer handling
589 ~~~~~~~~~~~~~~~
590
591 There may be buffer limitations (i.e. single ToPa entry) which means that actual
592 buffer sizes are limited to powers of 2 up to 4MiB (MAX_ORDER).  In order to
593 provide other sizes, and in particular an arbitrarily large size, multiple
594 buffers are logically concatenated.  However an interrupt must be used to switch
595 between buffers.  That has two potential problems:
596         a) the interrupt may not be handled in time so that the current buffer
597         becomes full and some trace data is lost.
598         b) the interrupts may slow the system and affect the performance
599         results.
600
601 If trace data is lost, the driver sets 'truncated' in the PERF_RECORD_AUX event
602 which the tools report as an error.
603
604 In full-trace mode, the driver waits for data to be copied out before allowing
605 the (logical) buffer to wrap-around.  If data is not copied out quickly enough,
606 again 'truncated' is set in the PERF_RECORD_AUX event.  If the driver has to
607 wait, the intel_pt event gets disabled.  Because it is difficult to know when
608 that happens, perf tools always re-enable the intel_pt event after copying out
609 data.
610
611
612 Intel PT and build ids
613 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
614
615 By default "perf record" post-processes the event stream to find all build ids
616 for executables for all addresses sampled.  Deliberately, Intel PT is not
617 decoded for that purpose (it would take too long).  Instead the build ids for
618 all executables encountered (due to mmap, comm or task events) are included
619 in the perf.data file.
620
621 To see buildids included in the perf.data file use the command:
622
623         perf buildid-list
624
625 If the perf.data file contains Intel PT data, that is the same as:
626
627         perf buildid-list --with-hits
628
629
630 Snapshot mode and event disabling
631 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
632
633 In order to make a snapshot, the intel_pt event is disabled using an IOCTL,
634 namely PERF_EVENT_IOC_DISABLE.  However doing that can also disable the
635 collection of side-band information.  In order to prevent that,  a dummy
636 software event has been introduced that permits tracking events (like mmaps) to
637 continue to be recorded while intel_pt is disabled.  That is important to ensure
638 there is complete side-band information to allow the decoding of subsequent
639 snapshots.
640
641 A test has been created for that.  To find the test:
642
643         perf test list
644         ...
645         23: Test using a dummy software event to keep tracking
646
647 To run the test:
648
649         perf test 23
650         23: Test using a dummy software event to keep tracking     : Ok
651
652
653 perf record modes (nothing new here)
654 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
655
656 perf record essentially operates in one of three modes:
657         per thread
658         per cpu
659         workload only
660
661 "per thread" mode is selected by -t or by --per-thread (with -p or -u or just a
662 workload).
663 "per cpu" is selected by -C or -a.
664 "workload only" mode is selected by not using the other options but providing a
665 command to run (i.e. the workload).
666
667 In per-thread mode an exact list of threads is traced.  There is no inheritance.
668 Each thread has its own event buffer.
669
670 In per-cpu mode all processes (or processes from the selected cgroup i.e. -G
671 option, or processes selected with -p or -u) are traced.  Each cpu has its own
672 buffer. Inheritance is allowed.
673
674 In workload-only mode, the workload is traced but with per-cpu buffers.
675 Inheritance is allowed.  Note that you can now trace a workload in per-thread
676 mode by using the --per-thread option.
677
678
679 Privileged vs non-privileged users
680 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
681
682 Unless /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid is set to -1, unprivileged users
683 have memory limits imposed upon them.  That affects what buffer sizes they can
684 have as outlined above.
685
686 The v4.2 kernel introduced support for a context switch metadata event,
687 PERF_RECORD_SWITCH, which allows unprivileged users to see when their processes
688 are scheduled out and in, just not by whom, which is left for the
689 PERF_RECORD_SWITCH_CPU_WIDE, that is only accessible in system wide context,
690 which in turn requires CAP_PERFMON or CAP_SYS_ADMIN.
691
692 Please see the 45ac1403f564 ("perf: Add PERF_RECORD_SWITCH to indicate context
693 switches") commit, that introduces these metadata events for further info.
694
695 When working with kernels < v4.2, the following considerations must be taken,
696 as the sched:sched_switch tracepoints will be used to receive such information:
697
698 Unless /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid is set to -1, unprivileged users are
699 not permitted to use tracepoints which means there is insufficient side-band
700 information to decode Intel PT in per-cpu mode, and potentially workload-only
701 mode too if the workload creates new processes.
702
703 Note also, that to use tracepoints, read-access to debugfs is required.  So if
704 debugfs is not mounted or the user does not have read-access, it will again not
705 be possible to decode Intel PT in per-cpu mode.
706
707
708 sched_switch tracepoint
709 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
710
711 The sched_switch tracepoint is used to provide side-band data for Intel PT
712 decoding in kernels where the PERF_RECORD_SWITCH metadata event isn't
713 available.
714
715 The sched_switch events are automatically added. e.g. the second event shown
716 below:
717
718         $ perf record -vv -e intel_pt//u uname
719         ------------------------------------------------------------
720         perf_event_attr:
721         type                             6
722         size                             112
723         config                           0x400
724         { sample_period, sample_freq }   1
725         sample_type                      IP|TID|TIME|CPU|IDENTIFIER
726         read_format                      ID
727         disabled                         1
728         inherit                          1
729         exclude_kernel                   1
730         exclude_hv                       1
731         enable_on_exec                   1
732         sample_id_all                    1
733         ------------------------------------------------------------
734         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
735         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
736         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
737         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
738         ------------------------------------------------------------
739         perf_event_attr:
740         type                             2
741         size                             112
742         config                           0x108
743         { sample_period, sample_freq }   1
744         sample_type                      IP|TID|TIME|CPU|PERIOD|RAW|IDENTIFIER
745         read_format                      ID
746         inherit                          1
747         sample_id_all                    1
748         exclude_guest                    1
749         ------------------------------------------------------------
750         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
751         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
752         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
753         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
754         ------------------------------------------------------------
755         perf_event_attr:
756         type                             1
757         size                             112
758         config                           0x9
759         { sample_period, sample_freq }   1
760         sample_type                      IP|TID|TIME|IDENTIFIER
761         read_format                      ID
762         disabled                         1
763         inherit                          1
764         exclude_kernel                   1
765         exclude_hv                       1
766         mmap                             1
767         comm                             1
768         enable_on_exec                   1
769         task                             1
770         sample_id_all                    1
771         mmap2                            1
772         comm_exec                        1
773         ------------------------------------------------------------
774         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
775         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
776         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
777         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
778         mmap size 528384B
779         AUX area mmap length 4194304
780         perf event ring buffer mmapped per cpu
781         Synthesizing auxtrace information
782         Linux
783         [ perf record: Woken up 1 times to write data ]
784         [ perf record: Captured and wrote 0.042 MB perf.data ]
785
786 Note, the sched_switch event is only added if the user is permitted to use it
787 and only in per-cpu mode.
788
789 Note also, the sched_switch event is only added if TSC packets are requested.
790 That is because, in the absence of timing information, the sched_switch events
791 cannot be matched against the Intel PT trace.
792
793
794 perf script
795 -----------
796
797 By default, perf script will decode trace data found in the perf.data file.
798 This can be further controlled by new option --itrace.
799
800
801 New --itrace option
802 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
803
804 Having no option is the same as
805
806         --itrace
807
808 which, in turn, is the same as
809
810         --itrace=cepwx
811
812 The letters are:
813
814         i       synthesize "instructions" events
815         b       synthesize "branches" events
816         x       synthesize "transactions" events
817         w       synthesize "ptwrite" events
818         p       synthesize "power" events
819         c       synthesize branches events (calls only)
820         r       synthesize branches events (returns only)
821         e       synthesize tracing error events
822         d       create a debug log
823         g       synthesize a call chain (use with i or x)
824         G       synthesize a call chain on existing event records
825         l       synthesize last branch entries (use with i or x)
826         L       synthesize last branch entries on existing event records
827         s       skip initial number of events
828         q       quicker (less detailed) decoding
829
830 "Instructions" events look like they were recorded by "perf record -e
831 instructions".
832
833 "Branches" events look like they were recorded by "perf record -e branches". "c"
834 and "r" can be combined to get calls and returns.
835
836 "Transactions" events correspond to the start or end of transactions. The
837 'flags' field can be used in perf script to determine whether the event is a
838 tranasaction start, commit or abort.
839
840 Note that "instructions", "branches" and "transactions" events depend on code
841 flow packets which can be disabled by using the config term "branch=0".  Refer
842 to the config terms section above.
843
844 "ptwrite" events record the payload of the ptwrite instruction and whether
845 "fup_on_ptw" was used.  "ptwrite" events depend on PTWRITE packets which are
846 recorded only if the "ptw" config term was used.  Refer to the config terms
847 section above.  perf script "synth" field displays "ptwrite" information like
848 this: "ip: 0 payload: 0x123456789abcdef0"  where "ip" is 1 if "fup_on_ptw" was
849 used.
850
851 "Power" events correspond to power event packets and CBR (core-to-bus ratio)
852 packets.  While CBR packets are always recorded when tracing is enabled, power
853 event packets are recorded only if the "pwr_evt" config term was used.  Refer to
854 the config terms section above.  The power events record information about
855 C-state changes, whereas CBR is indicative of CPU frequency.  perf script
856 "event,synth" fields display information like this:
857         cbr:  cbr: 22 freq: 2189 MHz (200%)
858         mwait:  hints: 0x60 extensions: 0x1
859         pwre:  hw: 0 cstate: 2 sub-cstate: 0
860         exstop:  ip: 1
861         pwrx:  deepest cstate: 2 last cstate: 2 wake reason: 0x4
862 Where:
863         "cbr" includes the frequency and the percentage of maximum non-turbo
864         "mwait" shows mwait hints and extensions
865         "pwre" shows C-state transitions (to a C-state deeper than C0) and
866         whether initiated by hardware
867         "exstop" indicates execution stopped and whether the IP was recorded
868         exactly,
869         "pwrx" indicates return to C0
870 For more details refer to the Intel 64 and IA-32 Architectures Software
871 Developer Manuals.
872
873 Error events show where the decoder lost the trace.  Error events
874 are quite important.  Users must know if what they are seeing is a complete
875 picture or not. The "e" option may be followed by flags which affect what errors
876 will or will not be reported.  Each flag must be preceded by either '+' or '-'.
877 The flags supported by Intel PT are:
878                 -o      Suppress overflow errors
879                 -l      Suppress trace data lost errors
880 For example, for errors but not overflow or data lost errors:
881
882         --itrace=e-o-l
883
884 The "d" option will cause the creation of a file "intel_pt.log" containing all
885 decoded packets and instructions.  Note that this option slows down the decoder
886 and that the resulting file may be very large.  The "d" option may be followed
887 by flags which affect what debug messages will or will not be logged. Each flag
888 must be preceded by either '+' or '-'. The flags support by Intel PT are:
889                 -a      Suppress logging of perf events
890                 +a      Log all perf events
891 By default, logged perf events are filtered by any specified time ranges, but
892 flag +a overrides that.
893
894 In addition, the period of the "instructions" event can be specified. e.g.
895
896         --itrace=i10us
897
898 sets the period to 10us i.e. one  instruction sample is synthesized for each 10
899 microseconds of trace.  Alternatives to "us" are "ms" (milliseconds),
900 "ns" (nanoseconds), "t" (TSC ticks) or "i" (instructions).
901
902 "ms", "us" and "ns" are converted to TSC ticks.
903
904 The timing information included with Intel PT does not give the time of every
905 instruction.  Consequently, for the purpose of sampling, the decoder estimates
906 the time since the last timing packet based on 1 tick per instruction.  The time
907 on the sample is *not* adjusted and reflects the last known value of TSC.
908
909 For Intel PT, the default period is 100us.
910
911 Setting it to a zero period means "as often as possible".
912
913 In the case of Intel PT that is the same as a period of 1 and a unit of
914 'instructions' (i.e. --itrace=i1i).
915
916 Also the call chain size (default 16, max. 1024) for instructions or
917 transactions events can be specified. e.g.
918
919         --itrace=ig32
920         --itrace=xg32
921
922 Also the number of last branch entries (default 64, max. 1024) for instructions or
923 transactions events can be specified. e.g.
924
925        --itrace=il10
926        --itrace=xl10
927
928 Note that last branch entries are cleared for each sample, so there is no overlap
929 from one sample to the next.
930
931 The G and L options are designed in particular for sample mode, and work much
932 like g and l but add call chain and branch stack to the other selected events
933 instead of synthesized events. For example, to record branch-misses events for
934 'ls' and then add a call chain derived from the Intel PT trace:
935
936         perf record --aux-sample -e '{intel_pt//u,branch-misses:u}' -- ls
937         perf report --itrace=Ge
938
939 Although in fact G is a default for perf report, so that is the same as just:
940
941         perf report
942
943 One caveat with the G and L options is that they work poorly with "Large PEBS".
944 Large PEBS means PEBS records will be accumulated by hardware and the written
945 into the event buffer in one go.  That reduces interrupts, but can give very
946 late timestamps.  Because the Intel PT trace is synchronized by timestamps,
947 the PEBS events do not match the trace.  Currently, Large PEBS is used only in
948 certain circumstances:
949         - hardware supports it
950         - PEBS is used
951         - event period is specified, instead of frequency
952         - the sample type is limited to the following flags:
953                 PERF_SAMPLE_IP | PERF_SAMPLE_TID | PERF_SAMPLE_ADDR |
954                 PERF_SAMPLE_ID | PERF_SAMPLE_CPU | PERF_SAMPLE_STREAM_ID |
955                 PERF_SAMPLE_DATA_SRC | PERF_SAMPLE_IDENTIFIER |
956                 PERF_SAMPLE_TRANSACTION | PERF_SAMPLE_PHYS_ADDR |
957                 PERF_SAMPLE_REGS_INTR | PERF_SAMPLE_REGS_USER |
958                 PERF_SAMPLE_PERIOD (and sometimes) | PERF_SAMPLE_TIME
959 Because Intel PT sample mode uses a different sample type to the list above,
960 Large PEBS is not used with Intel PT sample mode. To avoid Large PEBS in other
961 cases, avoid specifying the event period i.e. avoid the 'perf record' -c option,
962 --count option, or 'period' config term.
963
964 To disable trace decoding entirely, use the option --no-itrace.
965
966 It is also possible to skip events generated (instructions, branches, transactions)
967 at the beginning. This is useful to ignore initialization code.
968
969         --itrace=i0nss1000000
970
971 skips the first million instructions.
972
973 The q option changes the way the trace is decoded.  The decoding is much faster
974 but much less detailed.  Specifically, with the q option, the decoder does not
975 decode TNT packets, and does not walk object code, but gets the ip from FUP and
976 TIP packets.  The q option can be used with the b and i options but the period
977 is not used.  The q option decodes more quickly, but is useful only if the
978 control flow of interest is represented or indicated by FUP, TIP, TIP.PGE, or
979 TIP.PGD packets (refer below).  However the q option could be used to find time
980 ranges that could then be decoded fully using the --time option.
981
982 What will *not* be decoded with the (single) q option:
983
984         - direct calls and jmps
985         - conditional branches
986         - non-branch instructions
987
988 What *will* be decoded with the (single) q option:
989
990         - asynchronous branches such as interrupts
991         - indirect branches
992         - function return target address *if* the noretcomp config term (refer
993         config terms section) was used
994         - start of (control-flow) tracing
995         - end of (control-flow) tracing, if it is not out of context
996         - power events, ptwrite, transaction start and abort
997         - instruction pointer associated with PSB packets
998
999 Note the q option does not specify what events will be synthesized e.g. the p
1000 option must be used also to show power events.
1001
1002 Repeating the q option (double-q i.e. qq) results in even faster decoding and even
1003 less detail.  The decoder decodes only extended PSB (PSB+) packets, getting the
1004 instruction pointer if there is a FUP packet within PSB+ (i.e. between PSB and
1005 PSBEND).  Note PSB packets occur regularly in the trace based on the psb_period
1006 config term (refer config terms section).  There will be a FUP packet if the
1007 PSB+ occurs while control flow is being traced.
1008
1009 What will *not* be decoded with the qq option:
1010
1011         - everything except instruction pointer associated with PSB packets
1012
1013 What *will* be decoded with the qq option:
1014
1015         - instruction pointer associated with PSB packets
1016
1017
1018 dump option
1019 ~~~~~~~~~~~
1020
1021 perf script has an option (-D) to "dump" the events i.e. display the binary
1022 data.
1023
1024 When -D is used, Intel PT packets are displayed.  The packet decoder does not
1025 pay attention to PSB packets, but just decodes the bytes - so the packets seen
1026 by the actual decoder may not be identical in places where the data is corrupt.
1027 One example of that would be when the buffer-switching interrupt has been too
1028 slow, and the buffer has been filled completely.  In that case, the last packet
1029 in the buffer might be truncated and immediately followed by a PSB as the trace
1030 continues in the next buffer.
1031
1032 To disable the display of Intel PT packets, combine the -D option with
1033 --no-itrace.
1034
1035
1036 perf report
1037 -----------
1038
1039 By default, perf report will decode trace data found in the perf.data file.
1040 This can be further controlled by new option --itrace exactly the same as
1041 perf script, with the exception that the default is --itrace=igxe.
1042
1043
1044 perf inject
1045 -----------
1046
1047 perf inject also accepts the --itrace option in which case tracing data is
1048 removed and replaced with the synthesized events. e.g.
1049
1050         perf inject --itrace -i perf.data -o perf.data.new
1051
1052 Below is an example of using Intel PT with autofdo.  It requires autofdo
1053 (https://github.com/google/autofdo) and gcc version 5.  The bubble
1054 sort example is from the AutoFDO tutorial (https://gcc.gnu.org/wiki/AutoFDO/Tutorial)
1055 amended to take the number of elements as a parameter.
1056
1057         $ gcc-5 -O3 sort.c -o sort_optimized
1058         $ ./sort_optimized 30000
1059         Bubble sorting array of 30000 elements
1060         2254 ms
1061
1062         $ cat ~/.perfconfig
1063         [intel-pt]
1064                 mispred-all = on
1065
1066         $ perf record -e intel_pt//u ./sort 3000
1067         Bubble sorting array of 3000 elements
1068         58 ms
1069         [ perf record: Woken up 2 times to write data ]
1070         [ perf record: Captured and wrote 3.939 MB perf.data ]
1071         $ perf inject -i perf.data -o inj --itrace=i100usle --strip
1072         $ ./create_gcov --binary=./sort --profile=inj --gcov=sort.gcov -gcov_version=1
1073         $ gcc-5 -O3 -fauto-profile=sort.gcov sort.c -o sort_autofdo
1074         $ ./sort_autofdo 30000
1075         Bubble sorting array of 30000 elements
1076         2155 ms
1077
1078 Note there is currently no advantage to using Intel PT instead of LBR, but
1079 that may change in the future if greater use is made of the data.
1080
1081
1082 PEBS via Intel PT
1083 -----------------
1084
1085 Some hardware has the feature to redirect PEBS records to the Intel PT trace.
1086 Recording is selected by using the aux-output config term e.g.
1087
1088         perf record -c 10000 -e '{intel_pt/branch=0/,cycles/aux-output/ppp}' uname
1089
1090 Note that currently, software only supports redirecting at most one PEBS event.
1091
1092 To display PEBS events from the Intel PT trace, use the itrace 'o' option e.g.
1093
1094         perf script --itrace=oe
1095
1096
1097 SEE ALSO
1098 --------
1099
1100 linkperf:perf-record[1], linkperf:perf-script[1], linkperf:perf-report[1],
1101 linkperf:perf-inject[1]