Profiler C++

一个基于 eBPF、perf events 和 C++ 的简易 Linux 性能分析器。该工具可以捕获堆栈跟踪（内核态和用户态），并使用 blazesym 提供符号化支持。

特性

• 采样分析: 使用硬件或软件性能事件来采样堆栈跟踪。
• 基于 eBPF: 在内核中进行低开销的堆栈收集。
• 符号化: 使用 blazesym 将内存地址解析为函数名称。
• PID 过滤: 分析特定进程或整个系统。
• 输出格式: 支持标准可读输出和折叠格式（兼容 FlameGraph）。

前置条件

在通过 CMake 和 Conan 构建之前，请确保已安装以下内容：

• 运行依赖:

  • Linux Kernel 5.8+ (已启用 BPF/BTF 支持)

• 构建依赖:

  • C++23。本人开发环境为 Fedora 43，使用的编译器版本如下：
    • gcc: 15.2.1
    • clang: 21.1.7
  • libbpf-devel: version 1.6.1
  • bpftool: version 7.6.0
  • CMake (>= 3.19)
  • Conan (包管理器)
  • Rust (构建 blazesym 需要)

构建

1. 安装依赖

   使用 Conan 安装 C++ 依赖：

   cd profiler
   
   # 初始化并更新 git 子模块 (blazesym)
   git submodule update --init --recursive
   
   # 如果是首次安装 Conan，先设置默认配置
   # conan profile detect
   
   # 安装依赖 (Release 模式)
   conan install . -s build_type=Release --output-folder=. --build=missing
   # 或者 Debug 模式
   # conan install . -s build_type=Debug --output-folder=. --build=missing

2. 使用 CMake 配置

   使用 Conan 生成的预设 (presets)：

   # Release
   cmake --preset release
   # 或者 Debug
   # cmake --preset debug

3. 构建 Blazesym (C API)

   这一步编译 Rust 库可能需要一点时间：

   cmake --build build/Release --target _cargo-build_blazesym_c

4. 构建 Profiler

   cmake --build build/Release --target profiler

使用方法

Profiler 需要 root 权限 (CAP_PERFMON / CAP_SYS_ADMIN) 来加载 BPF 程序。

sudo ./build/Release/profiler [OPTIONS]

选项

选项	描述	默认值
-f, --freq <N>	采样频率 (Hz)	10
-p, --pid <PID>	按进程 ID 过滤 (可选)	监控所有进程
--sw-event	使用软件事件 (cpu-clock) 代替硬件周期。在虚拟机中很有用。	硬件周期 (HW Cycles)
-E, --fold-extend	以适用于火焰图的扩展折叠格式输出	标准格式
-v, --verbose	增加日志详细程度	Warning

示例

1. 基本全系统分析 以 49 Hz 采样：

sudo ./build/Release/profiler -f 49

2. 分析特定进程 分析 PID 12345：

sudo ./build/Release/profiler -p 12345

3. 使用软件事件 (例如在虚拟机中) 如果硬件计数器不可用：

sudo ./build/Release/profiler --sw-event

4. 生成火焰图 (FlameGraph)

你可以将输出直接通过管道传输给 flamegraph.pl (来自 Brendan Gregg 的工具集)：

# 生成数据
sudo ./build/Release/profiler -f 99 -E > out.folded
# (按 Ctrl+C 停止)

# 生成 SVG
./FlameGraph/flamegraph.pl out.folded > profile.svg

项目结构

• src/: 用户态代理的 C++ 源代码。
• bpf/: eBPF C 代码 (内核侧)。
• cmake/: CMake 辅助模块。
• third_party/: 外部依赖 (blazesym)。

参考

1. eBPF Tutorial by Example 12 - 使用 eBPF 程序 profile 进行性能分析
2. blazesym - 用于符号化的 Rust 库和 C API。
3. libbpf-bootstrap/profile.c - libbpf-bootstrap 中的性能分析示例。
4. libbpf-bootstrap/tols/cmake - libbpf-bootstrap 的 CMake 构建工具。