Perfetto项目中添加虚拟机CPU周期统计功能的技术解析

背景介绍

在性能测试和分析领域，Perfetto作为一个强大的系统性能分析工具，被广泛用于跟踪和诊断系统性能问题。特别是在虚拟化环境中，准确测量和分析性能指标对于理解系统行为至关重要。

问题发现

在进行基于模拟器的性能测试时，开发者发现测试结果存在较大波动性。即使在主机频率固定的情况下，测试结果仍然不稳定。经过深入分析，发现这种波动性主要来源于主机操作系统对虚拟机CPU周期的调度行为——即当虚拟CPU(vCPU)准备就绪但主机操作系统未能及时调度其运行时的情况。

技术解决方案

为了准确捕捉和分析这种CPU周期调度现象，Perfetto项目团队实施了以下技术改进：

1. 协议扩展：

   • 在sys_stats.proto协议文件中新增了steal_ns字段
   • 在perfetto_trace.proto协议文件中同步添加相应字段

2. 数据收集层：

   • 修改sys_stats_data_source.cc文件，从/proc/stat文件读取steal时间
   • 将读取的steal时间转换为纳秒单位并存储

3. 数据处理层：

   • 在system_probes_parser.cc中添加对steal_ns计数的处理
   • 通过事件追踪模块将数据推送到Perfetto UI展示

实现细节

在Linux系统中，/proc/stat文件的第8列专门记录了被虚拟机监控程序调度的CPU时间。Perfetto通过以下方式捕获这一指标：

cpu_stat->set_steal_ns(cpu_times[7] * ns_per_user_hz_);

这一改进使得性能分析人员能够直接在Perfetto的可视化界面中观察到CPU周期调度的情况，为诊断虚拟化环境中的性能问题提供了重要依据。

技术价值

这一改进具有以下重要意义：

1. 性能分析精确性：能够准确识别由于主机调度导致的虚拟机性能波动
2. 问题诊断能力：帮助区分真正的性能退化与资源调度导致的现象
3. 虚拟化优化：为虚拟化环境调优提供数据支持

总结

Perfetto项目通过添加对CPU周期调度的统计功能，进一步完善了其在虚拟化环境中的性能分析能力。这一改进不仅解决了特定场景下的性能分析需求，也为更广泛的虚拟化性能研究提供了有力工具。对于从事云计算、虚拟化技术研发和性能优化的工程师而言，这一功能将成为诊断复杂性能问题的重要工具。