GNU Linux-libre 5.10.217-gnu1
[releases.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 perf script also supports higher level ways to dump instruction traces:
116
117         perf script --insn-trace --xed
118
119 Dump all instructions. This requires installing the xed tool (see XED below)
120 Dumping all instructions in a long trace can be fairly slow. It is usually better
121 to start with higher level decoding, like
122
123         perf script --call-trace
124
125 or
126
127         perf script --call-ret-trace
128
129 and then select a time range of interest. The time range can then be examined
130 in detail with
131
132         perf script --time starttime,stoptime --insn-trace --xed
133
134 While examining the trace it's also useful to filter on specific CPUs using
135 the -C option
136
137         perf script --time starttime,stoptime --insn-trace --xed -C 1
138
139 Dump all instructions in time range on CPU 1.
140
141 Another interesting field that is not printed by default is 'ipc' which can be
142 displayed as follows:
143
144         perf script --itrace=be -F+ipc
145
146 There are two ways that instructions-per-cycle (IPC) can be calculated depending
147 on the recording.
148
149 If the 'cyc' config term (see config terms section below) was used, then IPC is
150 calculated using the cycle count from CYC packets, otherwise MTC packets are
151 used - refer to the 'mtc' config term.  When MTC is used, however, the values
152 are less accurate because the timing is less accurate.
153
154 Because Intel PT does not update the cycle count on every branch or instruction,
155 the values will often be zero.  When there are values, they will be the number
156 of instructions and number of cycles since the last update, and thus represent
157 the average IPC since the last IPC for that event type.  Note IPC for "branches"
158 events is calculated separately from IPC for "instructions" events.
159
160 Also note that the IPC instruction count may or may not include the current
161 instruction.  If the cycle count is associated with an asynchronous branch
162 (e.g. page fault or interrupt), then the instruction count does not include the
163 current instruction, otherwise it does.  That is consistent with whether or not
164 that instruction has retired when the cycle count is updated.
165
166 Another note, in the case of "branches" events, non-taken branches are not
167 presently sampled, so IPC values for them do not appear e.g. a CYC packet with a
168 TNT packet that starts with a non-taken branch.  To see every possible IPC
169 value, "instructions" events can be used e.g. --itrace=i0ns
170
171 While it is possible to create scripts to analyze the data, an alternative
172 approach is available to export the data to a sqlite or postgresql database.
173 Refer to script export-to-sqlite.py or export-to-postgresql.py for more details,
174 and to script exported-sql-viewer.py for an example of using the database.
175
176 There is also script intel-pt-events.py which provides an example of how to
177 unpack the raw data for power events and PTWRITE.
178
179 As mentioned above, it is easy to capture too much data.  One way to limit the
180 data captured is to use 'snapshot' mode which is explained further below.
181 Refer to 'new snapshot option' and 'Intel PT modes of operation' further below.
182
183 Another problem that will be experienced is decoder errors.  They can be caused
184 by inability to access the executed image, self-modified or JIT-ed code, or the
185 inability to match side-band information (such as context switches and mmaps)
186 which results in the decoder not knowing what code was executed.
187
188 There is also the problem of perf not being able to copy the data fast enough,
189 resulting in data lost because the buffer was full.  See 'Buffer handling' below
190 for more details.
191
192
193 perf record
194 -----------
195
196 new event
197 ~~~~~~~~~
198
199 The Intel PT kernel driver creates a new PMU for Intel PT.  PMU events are
200 selected by providing the PMU name followed by the "config" separated by slashes.
201 An enhancement has been made to allow default "config" e.g. the option
202
203         -e intel_pt//
204
205 will use a default config value.  Currently that is the same as
206
207         -e intel_pt/tsc,noretcomp=0/
208
209 which is the same as
210
211         -e intel_pt/tsc=1,noretcomp=0/
212
213 Note there are now new config terms - see section 'config terms' further below.
214
215 The config terms are listed in /sys/devices/intel_pt/format.  They are bit
216 fields within the config member of the struct perf_event_attr which is
217 passed to the kernel by the perf_event_open system call.  They correspond to bit
218 fields in the IA32_RTIT_CTL MSR.  Here is a list of them and their definitions:
219
220         $ grep -H . /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/*
221         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/cyc:config:1
222         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/cyc_thresh:config:19-22
223         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/mtc:config:9
224         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/mtc_period:config:14-17
225         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/noretcomp:config:11
226         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/psb_period:config:24-27
227         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/format/tsc:config:10
228
229 Note that the default config must be overridden for each term i.e.
230
231         -e intel_pt/noretcomp=0/
232
233 is the same as:
234
235         -e intel_pt/tsc=1,noretcomp=0/
236
237 So, to disable TSC packets use:
238
239         -e intel_pt/tsc=0/
240
241 It is also possible to specify the config value explicitly:
242
243         -e intel_pt/config=0x400/
244
245 Note that, as with all events, the event is suffixed with event modifiers:
246
247         u       userspace
248         k       kernel
249         h       hypervisor
250         G       guest
251         H       host
252         p       precise ip
253
254 'h', 'G' and 'H' are for virtualization which is not supported by Intel PT.
255 'p' is also not relevant to Intel PT.  So only options 'u' and 'k' are
256 meaningful for Intel PT.
257
258 perf_event_attr is displayed if the -vv option is used e.g.
259
260         ------------------------------------------------------------
261         perf_event_attr:
262         type                             6
263         size                             112
264         config                           0x400
265         { sample_period, sample_freq }   1
266         sample_type                      IP|TID|TIME|CPU|IDENTIFIER
267         read_format                      ID
268         disabled                         1
269         inherit                          1
270         exclude_kernel                   1
271         exclude_hv                       1
272         enable_on_exec                   1
273         sample_id_all                    1
274         ------------------------------------------------------------
275         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
276         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
277         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
278         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
279         ------------------------------------------------------------
280
281
282 config terms
283 ~~~~~~~~~~~~
284
285 The June 2015 version of Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer
286 Manuals, Chapter 36 Intel Processor Trace, defined new Intel PT features.
287 Some of the features are reflect in new config terms.  All the config terms are
288 described below.
289
290 tsc             Always supported.  Produces TSC timestamp packets to provide
291                 timing information.  In some cases it is possible to decode
292                 without timing information, for example a per-thread context
293                 that does not overlap executable memory maps.
294
295                 The default config selects tsc (i.e. tsc=1).
296
297 noretcomp       Always supported.  Disables "return compression" so a TIP packet
298                 is produced when a function returns.  Causes more packets to be
299                 produced but might make decoding more reliable.
300
301                 The default config does not select noretcomp (i.e. noretcomp=0).
302
303 psb_period      Allows the frequency of PSB packets to be specified.
304
305                 The PSB packet is a synchronization packet that provides a
306                 starting point for decoding or recovery from errors.
307
308                 Support for psb_period is indicated by:
309
310                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/psb_cyc
311
312                 which contains "1" if the feature is supported and "0"
313                 otherwise.
314
315                 Valid values are given by:
316
317                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/psb_periods
318
319                 which contains a hexadecimal value, the bits of which represent
320                 valid values e.g. bit 2 set means value 2 is valid.
321
322                 The psb_period value is converted to the approximate number of
323                 trace bytes between PSB packets as:
324
325                         2 ^ (value + 11)
326
327                 e.g. value 3 means 16KiB bytes between PSBs
328
329                 If an invalid value is entered, the error message
330                 will give a list of valid values e.g.
331
332                         $ perf record -e intel_pt/psb_period=15/u uname
333                         Invalid psb_period for intel_pt. Valid values are: 0-5
334
335                 If MTC packets are selected, the default config selects a value
336                 of 3 (i.e. psb_period=3) or the nearest lower value that is
337                 supported (0 is always supported).  Otherwise the default is 0.
338
339                 If decoding is expected to be reliable and the buffer is large
340                 then a large PSB period can be used.
341
342                 Because a TSC packet is produced with PSB, the PSB period can
343                 also affect the granularity to timing information in the absence
344                 of MTC or CYC.
345
346 mtc             Produces MTC timing packets.
347
348                 MTC packets provide finer grain timestamp information than TSC
349                 packets.  MTC packets record time using the hardware crystal
350                 clock (CTC) which is related to TSC packets using a TMA packet.
351
352                 Support for this feature is indicated by:
353
354                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/mtc
355
356                 which contains "1" if the feature is supported and
357                 "0" otherwise.
358
359                 The frequency of MTC packets can also be specified - see
360                 mtc_period below.
361
362 mtc_period      Specifies how frequently MTC packets are produced - see mtc
363                 above for how to determine if MTC packets are supported.
364
365                 Valid values are given by:
366
367                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/mtc_periods
368
369                 which contains a hexadecimal value, the bits of which represent
370                 valid values e.g. bit 2 set means value 2 is valid.
371
372                 The mtc_period value is converted to the MTC frequency as:
373
374                         CTC-frequency / (2 ^ value)
375
376                 e.g. value 3 means one eighth of CTC-frequency
377
378                 Where CTC is the hardware crystal clock, the frequency of which
379                 can be related to TSC via values provided in cpuid leaf 0x15.
380
381                 If an invalid value is entered, the error message
382                 will give a list of valid values e.g.
383
384                         $ perf record -e intel_pt/mtc_period=15/u uname
385                         Invalid mtc_period for intel_pt. Valid values are: 0,3,6,9
386
387                 The default value is 3 or the nearest lower value
388                 that is supported (0 is always supported).
389
390 cyc             Produces CYC timing packets.
391
392                 CYC packets provide even finer grain timestamp information than
393                 MTC and TSC packets.  A CYC packet contains the number of CPU
394                 cycles since the last CYC packet. Unlike MTC and TSC packets,
395                 CYC packets are only sent when another packet is also sent.
396
397                 Support for this feature is indicated by:
398
399                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/psb_cyc
400
401                 which contains "1" if the feature is supported and
402                 "0" otherwise.
403
404                 The number of CYC packets produced can be reduced by specifying
405                 a threshold - see cyc_thresh below.
406
407 cyc_thresh      Specifies how frequently CYC packets are produced - see cyc
408                 above for how to determine if CYC packets are supported.
409
410                 Valid cyc_thresh values are given by:
411
412                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/cycle_thresholds
413
414                 which contains a hexadecimal value, the bits of which represent
415                 valid values e.g. bit 2 set means value 2 is valid.
416
417                 The cyc_thresh value represents the minimum number of CPU cycles
418                 that must have passed before a CYC packet can be sent.  The
419                 number of CPU cycles is:
420
421                         2 ^ (value - 1)
422
423                 e.g. value 4 means 8 CPU cycles must pass before a CYC packet
424                 can be sent.  Note a CYC packet is still only sent when another
425                 packet is sent, not at, e.g. every 8 CPU cycles.
426
427                 If an invalid value is entered, the error message
428                 will give a list of valid values e.g.
429
430                         $ perf record -e intel_pt/cyc,cyc_thresh=15/u uname
431                         Invalid cyc_thresh for intel_pt. Valid values are: 0-12
432
433                 CYC packets are not requested by default.
434
435 pt              Specifies pass-through which enables the 'branch' config term.
436
437                 The default config selects 'pt' if it is available, so a user will
438                 never need to specify this term.
439
440 branch          Enable branch tracing.  Branch tracing is enabled by default so to
441                 disable branch tracing use 'branch=0'.
442
443                 The default config selects 'branch' if it is available.
444
445 ptw             Enable PTWRITE packets which are produced when a ptwrite instruction
446                 is executed.
447
448                 Support for this feature is indicated by:
449
450                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/ptwrite
451
452                 which contains "1" if the feature is supported and
453                 "0" otherwise.
454
455 fup_on_ptw      Enable a FUP packet to follow the PTWRITE packet.  The FUP packet
456                 provides the address of the ptwrite instruction.  In the absence of
457                 fup_on_ptw, the decoder will use the address of the previous branch
458                 if branch tracing is enabled, otherwise the address will be zero.
459                 Note that fup_on_ptw will work even when branch tracing is disabled.
460
461 pwr_evt         Enable power events.  The power events provide information about
462                 changes to the CPU C-state.
463
464                 Support for this feature is indicated by:
465
466                         /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/caps/power_event_trace
467
468                 which contains "1" if the feature is supported and
469                 "0" otherwise.
470
471
472 AUX area sampling option
473 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
474
475 To select Intel PT "sampling" the AUX area sampling option can be used:
476
477         --aux-sample
478
479 Optionally it can be followed by the sample size in bytes e.g.
480
481         --aux-sample=8192
482
483 In addition, the Intel PT event to sample must be defined e.g.
484
485         -e intel_pt//u
486
487 Samples on other events will be created containing Intel PT data e.g. the
488 following will create Intel PT samples on the branch-misses event, note the
489 events must be grouped using {}:
490
491         perf record --aux-sample -e '{intel_pt//u,branch-misses:u}'
492
493 An alternative to '--aux-sample' is to add the config term 'aux-sample-size' to
494 events.  In this case, the grouping is implied e.g.
495
496         perf record -e intel_pt//u -e branch-misses/aux-sample-size=8192/u
497
498 is the same as:
499
500         perf record -e '{intel_pt//u,branch-misses/aux-sample-size=8192/u}'
501
502 but allows for also using an address filter e.g.:
503
504         perf record -e intel_pt//u --filter 'filter * @/bin/ls' -e branch-misses/aux-sample-size=8192/u -- ls
505
506 It is important to select a sample size that is big enough to contain at least
507 one PSB packet.  If not a warning will be displayed:
508
509         Intel PT sample size (%zu) may be too small for PSB period (%zu)
510
511 The calculation used for that is: if sample_size <= psb_period + 256 display the
512 warning.  When sampling is used, psb_period defaults to 0 (2KiB).
513
514 The default sample size is 4KiB.
515
516 The sample size is passed in aux_sample_size in struct perf_event_attr.  The
517 sample size is limited by the maximum event size which is 64KiB.  It is
518 difficult to know how big the event might be without the trace sample attached,
519 but the tool validates that the sample size is not greater than 60KiB.
520
521
522 new snapshot option
523 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
524
525 The difference between full trace and snapshot from the kernel's perspective is
526 that in full trace we don't overwrite trace data that the user hasn't collected
527 yet (and indicated that by advancing aux_tail), whereas in snapshot mode we let
528 the trace run and overwrite older data in the buffer so that whenever something
529 interesting happens, we can stop it and grab a snapshot of what was going on
530 around that interesting moment.
531
532 To select snapshot mode a new option has been added:
533
534         -S
535
536 Optionally it can be followed by the snapshot size e.g.
537
538         -S0x100000
539
540 The default snapshot size is the auxtrace mmap size.  If neither auxtrace mmap size
541 nor snapshot size is specified, then the default is 4MiB for privileged users
542 (or if /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid < 0), 128KiB for unprivileged users.
543 If an unprivileged user does not specify mmap pages, the mmap pages will be
544 reduced as described in the 'new auxtrace mmap size option' section below.
545
546 The snapshot size is displayed if the option -vv is used e.g.
547
548         Intel PT snapshot size: %zu
549
550
551 new auxtrace mmap size option
552 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
553
554 Intel PT buffer size is specified by an addition to the -m option e.g.
555
556         -m,16
557
558 selects a buffer size of 16 pages i.e. 64KiB.
559
560 Note that the existing functionality of -m is unchanged.  The auxtrace mmap size
561 is specified by the optional addition of a comma and the value.
562
563 The default auxtrace mmap size for Intel PT is 4MiB/page_size for privileged users
564 (or if /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid < 0), 128KiB for unprivileged users.
565 If an unprivileged user does not specify mmap pages, the mmap pages will be
566 reduced from the default 512KiB/page_size to 256KiB/page_size, otherwise the
567 user is likely to get an error as they exceed their mlock limit (Max locked
568 memory as shown in /proc/self/limits).  Note that perf does not count the first
569 512KiB (actually /proc/sys/kernel/perf_event_mlock_kb minus 1 page) per cpu
570 against the mlock limit so an unprivileged user is allowed 512KiB per cpu plus
571 their mlock limit (which defaults to 64KiB but is not multiplied by the number
572 of cpus).
573
574 In full-trace mode, powers of two are allowed for buffer size, with a minimum
575 size of 2 pages.  In snapshot mode or sampling mode, it is the same but the
576 minimum size is 1 page.
577
578 The mmap size and auxtrace mmap size are displayed if the -vv option is used e.g.
579
580         mmap length 528384
581         auxtrace mmap length 4198400
582
583
584 Intel PT modes of operation
585 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
586
587 Intel PT can be used in 3 modes:
588         full-trace mode
589         sample mode
590         snapshot mode
591
592 Full-trace mode traces continuously e.g.
593
594         perf record -e intel_pt//u uname
595
596 Sample mode attaches a Intel PT sample to other events e.g.
597
598         perf record --aux-sample -e intel_pt//u -e branch-misses:u
599
600 Snapshot mode captures the available data when a signal is sent or "snapshot"
601 control command is issued. e.g. using a signal
602
603         perf record -v -e intel_pt//u -S ./loopy 1000000000 &
604         [1] 11435
605         kill -USR2 11435
606         Recording AUX area tracing snapshot
607
608 Note that the signal sent is SIGUSR2.
609 Note that "Recording AUX area tracing snapshot" is displayed because the -v
610 option is used.
611
612 The advantage of using "snapshot" control command is that the access is
613 controlled by access to a FIFO e.g.
614
615         $ mkfifo perf.control
616         $ mkfifo perf.ack
617         $ cat perf.ack &
618         [1] 15235
619         $ sudo ~/bin/perf record --control fifo:perf.control,perf.ack -S -e intel_pt//u -- sleep 60 &
620         [2] 15243
621         $ ps -e | grep perf
622         15244 pts/1    00:00:00 perf
623         $ kill -USR2 15244
624         bash: kill: (15244) - Operation not permitted
625         $ echo snapshot > perf.control
626         ack
627
628 The 3 Intel PT modes of operation cannot be used together.
629
630
631 Buffer handling
632 ~~~~~~~~~~~~~~~
633
634 There may be buffer limitations (i.e. single ToPa entry) which means that actual
635 buffer sizes are limited to powers of 2 up to 4MiB (MAX_ORDER).  In order to
636 provide other sizes, and in particular an arbitrarily large size, multiple
637 buffers are logically concatenated.  However an interrupt must be used to switch
638 between buffers.  That has two potential problems:
639         a) the interrupt may not be handled in time so that the current buffer
640         becomes full and some trace data is lost.
641         b) the interrupts may slow the system and affect the performance
642         results.
643
644 If trace data is lost, the driver sets 'truncated' in the PERF_RECORD_AUX event
645 which the tools report as an error.
646
647 In full-trace mode, the driver waits for data to be copied out before allowing
648 the (logical) buffer to wrap-around.  If data is not copied out quickly enough,
649 again 'truncated' is set in the PERF_RECORD_AUX event.  If the driver has to
650 wait, the intel_pt event gets disabled.  Because it is difficult to know when
651 that happens, perf tools always re-enable the intel_pt event after copying out
652 data.
653
654
655 Intel PT and build ids
656 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
657
658 By default "perf record" post-processes the event stream to find all build ids
659 for executables for all addresses sampled.  Deliberately, Intel PT is not
660 decoded for that purpose (it would take too long).  Instead the build ids for
661 all executables encountered (due to mmap, comm or task events) are included
662 in the perf.data file.
663
664 To see buildids included in the perf.data file use the command:
665
666         perf buildid-list
667
668 If the perf.data file contains Intel PT data, that is the same as:
669
670         perf buildid-list --with-hits
671
672
673 Snapshot mode and event disabling
674 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
675
676 In order to make a snapshot, the intel_pt event is disabled using an IOCTL,
677 namely PERF_EVENT_IOC_DISABLE.  However doing that can also disable the
678 collection of side-band information.  In order to prevent that,  a dummy
679 software event has been introduced that permits tracking events (like mmaps) to
680 continue to be recorded while intel_pt is disabled.  That is important to ensure
681 there is complete side-band information to allow the decoding of subsequent
682 snapshots.
683
684 A test has been created for that.  To find the test:
685
686         perf test list
687         ...
688         23: Test using a dummy software event to keep tracking
689
690 To run the test:
691
692         perf test 23
693         23: Test using a dummy software event to keep tracking     : Ok
694
695
696 perf record modes (nothing new here)
697 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
698
699 perf record essentially operates in one of three modes:
700         per thread
701         per cpu
702         workload only
703
704 "per thread" mode is selected by -t or by --per-thread (with -p or -u or just a
705 workload).
706 "per cpu" is selected by -C or -a.
707 "workload only" mode is selected by not using the other options but providing a
708 command to run (i.e. the workload).
709
710 In per-thread mode an exact list of threads is traced.  There is no inheritance.
711 Each thread has its own event buffer.
712
713 In per-cpu mode all processes (or processes from the selected cgroup i.e. -G
714 option, or processes selected with -p or -u) are traced.  Each cpu has its own
715 buffer. Inheritance is allowed.
716
717 In workload-only mode, the workload is traced but with per-cpu buffers.
718 Inheritance is allowed.  Note that you can now trace a workload in per-thread
719 mode by using the --per-thread option.
720
721
722 Privileged vs non-privileged users
723 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
724
725 Unless /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid is set to -1, unprivileged users
726 have memory limits imposed upon them.  That affects what buffer sizes they can
727 have as outlined above.
728
729 The v4.2 kernel introduced support for a context switch metadata event,
730 PERF_RECORD_SWITCH, which allows unprivileged users to see when their processes
731 are scheduled out and in, just not by whom, which is left for the
732 PERF_RECORD_SWITCH_CPU_WIDE, that is only accessible in system wide context,
733 which in turn requires CAP_PERFMON or CAP_SYS_ADMIN.
734
735 Please see the 45ac1403f564 ("perf: Add PERF_RECORD_SWITCH to indicate context
736 switches") commit, that introduces these metadata events for further info.
737
738 When working with kernels < v4.2, the following considerations must be taken,
739 as the sched:sched_switch tracepoints will be used to receive such information:
740
741 Unless /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid is set to -1, unprivileged users are
742 not permitted to use tracepoints which means there is insufficient side-band
743 information to decode Intel PT in per-cpu mode, and potentially workload-only
744 mode too if the workload creates new processes.
745
746 Note also, that to use tracepoints, read-access to debugfs is required.  So if
747 debugfs is not mounted or the user does not have read-access, it will again not
748 be possible to decode Intel PT in per-cpu mode.
749
750
751 sched_switch tracepoint
752 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
753
754 The sched_switch tracepoint is used to provide side-band data for Intel PT
755 decoding in kernels where the PERF_RECORD_SWITCH metadata event isn't
756 available.
757
758 The sched_switch events are automatically added. e.g. the second event shown
759 below:
760
761         $ perf record -vv -e intel_pt//u uname
762         ------------------------------------------------------------
763         perf_event_attr:
764         type                             6
765         size                             112
766         config                           0x400
767         { sample_period, sample_freq }   1
768         sample_type                      IP|TID|TIME|CPU|IDENTIFIER
769         read_format                      ID
770         disabled                         1
771         inherit                          1
772         exclude_kernel                   1
773         exclude_hv                       1
774         enable_on_exec                   1
775         sample_id_all                    1
776         ------------------------------------------------------------
777         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
778         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
779         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
780         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
781         ------------------------------------------------------------
782         perf_event_attr:
783         type                             2
784         size                             112
785         config                           0x108
786         { sample_period, sample_freq }   1
787         sample_type                      IP|TID|TIME|CPU|PERIOD|RAW|IDENTIFIER
788         read_format                      ID
789         inherit                          1
790         sample_id_all                    1
791         exclude_guest                    1
792         ------------------------------------------------------------
793         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
794         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
795         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
796         sys_perf_event_open: pid -1  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
797         ------------------------------------------------------------
798         perf_event_attr:
799         type                             1
800         size                             112
801         config                           0x9
802         { sample_period, sample_freq }   1
803         sample_type                      IP|TID|TIME|IDENTIFIER
804         read_format                      ID
805         disabled                         1
806         inherit                          1
807         exclude_kernel                   1
808         exclude_hv                       1
809         mmap                             1
810         comm                             1
811         enable_on_exec                   1
812         task                             1
813         sample_id_all                    1
814         mmap2                            1
815         comm_exec                        1
816         ------------------------------------------------------------
817         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 0  group_fd -1  flags 0x8
818         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 1  group_fd -1  flags 0x8
819         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 2  group_fd -1  flags 0x8
820         sys_perf_event_open: pid 31104  cpu 3  group_fd -1  flags 0x8
821         mmap size 528384B
822         AUX area mmap length 4194304
823         perf event ring buffer mmapped per cpu
824         Synthesizing auxtrace information
825         Linux
826         [ perf record: Woken up 1 times to write data ]
827         [ perf record: Captured and wrote 0.042 MB perf.data ]
828
829 Note, the sched_switch event is only added if the user is permitted to use it
830 and only in per-cpu mode.
831
832 Note also, the sched_switch event is only added if TSC packets are requested.
833 That is because, in the absence of timing information, the sched_switch events
834 cannot be matched against the Intel PT trace.
835
836
837 perf script
838 -----------
839
840 By default, perf script will decode trace data found in the perf.data file.
841 This can be further controlled by new option --itrace.
842
843
844 New --itrace option
845 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
846
847 Having no option is the same as
848
849         --itrace
850
851 which, in turn, is the same as
852
853         --itrace=cepwx
854
855 The letters are:
856
857         i       synthesize "instructions" events
858         b       synthesize "branches" events
859         x       synthesize "transactions" events
860         w       synthesize "ptwrite" events
861         p       synthesize "power" events
862         c       synthesize branches events (calls only)
863         r       synthesize branches events (returns only)
864         e       synthesize tracing error events
865         d       create a debug log
866         g       synthesize a call chain (use with i or x)
867         G       synthesize a call chain on existing event records
868         l       synthesize last branch entries (use with i or x)
869         L       synthesize last branch entries on existing event records
870         s       skip initial number of events
871         q       quicker (less detailed) decoding
872
873 "Instructions" events look like they were recorded by "perf record -e
874 instructions".
875
876 "Branches" events look like they were recorded by "perf record -e branches". "c"
877 and "r" can be combined to get calls and returns.
878
879 "Transactions" events correspond to the start or end of transactions. The
880 'flags' field can be used in perf script to determine whether the event is a
881 tranasaction start, commit or abort.
882
883 Note that "instructions", "branches" and "transactions" events depend on code
884 flow packets which can be disabled by using the config term "branch=0".  Refer
885 to the config terms section above.
886
887 "ptwrite" events record the payload of the ptwrite instruction and whether
888 "fup_on_ptw" was used.  "ptwrite" events depend on PTWRITE packets which are
889 recorded only if the "ptw" config term was used.  Refer to the config terms
890 section above.  perf script "synth" field displays "ptwrite" information like
891 this: "ip: 0 payload: 0x123456789abcdef0"  where "ip" is 1 if "fup_on_ptw" was
892 used.
893
894 "Power" events correspond to power event packets and CBR (core-to-bus ratio)
895 packets.  While CBR packets are always recorded when tracing is enabled, power
896 event packets are recorded only if the "pwr_evt" config term was used.  Refer to
897 the config terms section above.  The power events record information about
898 C-state changes, whereas CBR is indicative of CPU frequency.  perf script
899 "event,synth" fields display information like this:
900         cbr:  cbr: 22 freq: 2189 MHz (200%)
901         mwait:  hints: 0x60 extensions: 0x1
902         pwre:  hw: 0 cstate: 2 sub-cstate: 0
903         exstop:  ip: 1
904         pwrx:  deepest cstate: 2 last cstate: 2 wake reason: 0x4
905 Where:
906         "cbr" includes the frequency and the percentage of maximum non-turbo
907         "mwait" shows mwait hints and extensions
908         "pwre" shows C-state transitions (to a C-state deeper than C0) and
909         whether initiated by hardware
910         "exstop" indicates execution stopped and whether the IP was recorded
911         exactly,
912         "pwrx" indicates return to C0
913 For more details refer to the Intel 64 and IA-32 Architectures Software
914 Developer Manuals.
915
916 Error events show where the decoder lost the trace.  Error events
917 are quite important.  Users must know if what they are seeing is a complete
918 picture or not. The "e" option may be followed by flags which affect what errors
919 will or will not be reported.  Each flag must be preceded by either '+' or '-'.
920 The flags supported by Intel PT are:
921                 -o      Suppress overflow errors
922                 -l      Suppress trace data lost errors
923 For example, for errors but not overflow or data lost errors:
924
925         --itrace=e-o-l
926
927 The "d" option will cause the creation of a file "intel_pt.log" containing all
928 decoded packets and instructions.  Note that this option slows down the decoder
929 and that the resulting file may be very large.  The "d" option may be followed
930 by flags which affect what debug messages will or will not be logged. Each flag
931 must be preceded by either '+' or '-'. The flags support by Intel PT are:
932                 -a      Suppress logging of perf events
933                 +a      Log all perf events
934 By default, logged perf events are filtered by any specified time ranges, but
935 flag +a overrides that.
936
937 In addition, the period of the "instructions" event can be specified. e.g.
938
939         --itrace=i10us
940
941 sets the period to 10us i.e. one  instruction sample is synthesized for each 10
942 microseconds of trace.  Alternatives to "us" are "ms" (milliseconds),
943 "ns" (nanoseconds), "t" (TSC ticks) or "i" (instructions).
944
945 "ms", "us" and "ns" are converted to TSC ticks.
946
947 The timing information included with Intel PT does not give the time of every
948 instruction.  Consequently, for the purpose of sampling, the decoder estimates
949 the time since the last timing packet based on 1 tick per instruction.  The time
950 on the sample is *not* adjusted and reflects the last known value of TSC.
951
952 For Intel PT, the default period is 100us.
953
954 Setting it to a zero period means "as often as possible".
955
956 In the case of Intel PT that is the same as a period of 1 and a unit of
957 'instructions' (i.e. --itrace=i1i).
958
959 Also the call chain size (default 16, max. 1024) for instructions or
960 transactions events can be specified. e.g.
961
962         --itrace=ig32
963         --itrace=xg32
964
965 Also the number of last branch entries (default 64, max. 1024) for instructions or
966 transactions events can be specified. e.g.
967
968        --itrace=il10
969        --itrace=xl10
970
971 Note that last branch entries are cleared for each sample, so there is no overlap
972 from one sample to the next.
973
974 The G and L options are designed in particular for sample mode, and work much
975 like g and l but add call chain and branch stack to the other selected events
976 instead of synthesized events. For example, to record branch-misses events for
977 'ls' and then add a call chain derived from the Intel PT trace:
978
979         perf record --aux-sample -e '{intel_pt//u,branch-misses:u}' -- ls
980         perf report --itrace=Ge
981
982 Although in fact G is a default for perf report, so that is the same as just:
983
984         perf report
985
986 One caveat with the G and L options is that they work poorly with "Large PEBS".
987 Large PEBS means PEBS records will be accumulated by hardware and the written
988 into the event buffer in one go.  That reduces interrupts, but can give very
989 late timestamps.  Because the Intel PT trace is synchronized by timestamps,
990 the PEBS events do not match the trace.  Currently, Large PEBS is used only in
991 certain circumstances:
992         - hardware supports it
993         - PEBS is used
994         - event period is specified, instead of frequency
995         - the sample type is limited to the following flags:
996                 PERF_SAMPLE_IP | PERF_SAMPLE_TID | PERF_SAMPLE_ADDR |
997                 PERF_SAMPLE_ID | PERF_SAMPLE_CPU | PERF_SAMPLE_STREAM_ID |
998                 PERF_SAMPLE_DATA_SRC | PERF_SAMPLE_IDENTIFIER |
999                 PERF_SAMPLE_TRANSACTION | PERF_SAMPLE_PHYS_ADDR |
1000                 PERF_SAMPLE_REGS_INTR | PERF_SAMPLE_REGS_USER |
1001                 PERF_SAMPLE_PERIOD (and sometimes) | PERF_SAMPLE_TIME
1002 Because Intel PT sample mode uses a different sample type to the list above,
1003 Large PEBS is not used with Intel PT sample mode. To avoid Large PEBS in other
1004 cases, avoid specifying the event period i.e. avoid the 'perf record' -c option,
1005 --count option, or 'period' config term.
1006
1007 To disable trace decoding entirely, use the option --no-itrace.
1008
1009 It is also possible to skip events generated (instructions, branches, transactions)
1010 at the beginning. This is useful to ignore initialization code.
1011
1012         --itrace=i0nss1000000
1013
1014 skips the first million instructions.
1015
1016 The q option changes the way the trace is decoded.  The decoding is much faster
1017 but much less detailed.  Specifically, with the q option, the decoder does not
1018 decode TNT packets, and does not walk object code, but gets the ip from FUP and
1019 TIP packets.  The q option can be used with the b and i options but the period
1020 is not used.  The q option decodes more quickly, but is useful only if the
1021 control flow of interest is represented or indicated by FUP, TIP, TIP.PGE, or
1022 TIP.PGD packets (refer below).  However the q option could be used to find time
1023 ranges that could then be decoded fully using the --time option.
1024
1025 What will *not* be decoded with the (single) q option:
1026
1027         - direct calls and jmps
1028         - conditional branches
1029         - non-branch instructions
1030
1031 What *will* be decoded with the (single) q option:
1032
1033         - asynchronous branches such as interrupts
1034         - indirect branches
1035         - function return target address *if* the noretcomp config term (refer
1036         config terms section) was used
1037         - start of (control-flow) tracing
1038         - end of (control-flow) tracing, if it is not out of context
1039         - power events, ptwrite, transaction start and abort
1040         - instruction pointer associated with PSB packets
1041
1042 Note the q option does not specify what events will be synthesized e.g. the p
1043 option must be used also to show power events.
1044
1045 Repeating the q option (double-q i.e. qq) results in even faster decoding and even
1046 less detail.  The decoder decodes only extended PSB (PSB+) packets, getting the
1047 instruction pointer if there is a FUP packet within PSB+ (i.e. between PSB and
1048 PSBEND).  Note PSB packets occur regularly in the trace based on the psb_period
1049 config term (refer config terms section).  There will be a FUP packet if the
1050 PSB+ occurs while control flow is being traced.
1051
1052 What will *not* be decoded with the qq option:
1053
1054         - everything except instruction pointer associated with PSB packets
1055
1056 What *will* be decoded with the qq option:
1057
1058         - instruction pointer associated with PSB packets
1059
1060
1061 dump option
1062 ~~~~~~~~~~~
1063
1064 perf script has an option (-D) to "dump" the events i.e. display the binary
1065 data.
1066
1067 When -D is used, Intel PT packets are displayed.  The packet decoder does not
1068 pay attention to PSB packets, but just decodes the bytes - so the packets seen
1069 by the actual decoder may not be identical in places where the data is corrupt.
1070 One example of that would be when the buffer-switching interrupt has been too
1071 slow, and the buffer has been filled completely.  In that case, the last packet
1072 in the buffer might be truncated and immediately followed by a PSB as the trace
1073 continues in the next buffer.
1074
1075 To disable the display of Intel PT packets, combine the -D option with
1076 --no-itrace.
1077
1078
1079 perf report
1080 -----------
1081
1082 By default, perf report will decode trace data found in the perf.data file.
1083 This can be further controlled by new option --itrace exactly the same as
1084 perf script, with the exception that the default is --itrace=igxe.
1085
1086
1087 perf inject
1088 -----------
1089
1090 perf inject also accepts the --itrace option in which case tracing data is
1091 removed and replaced with the synthesized events. e.g.
1092
1093         perf inject --itrace -i perf.data -o perf.data.new
1094
1095 Below is an example of using Intel PT with autofdo.  It requires autofdo
1096 (https://github.com/google/autofdo) and gcc version 5.  The bubble
1097 sort example is from the AutoFDO tutorial (https://gcc.gnu.org/wiki/AutoFDO/Tutorial)
1098 amended to take the number of elements as a parameter.
1099
1100         $ gcc-5 -O3 sort.c -o sort_optimized
1101         $ ./sort_optimized 30000
1102         Bubble sorting array of 30000 elements
1103         2254 ms
1104
1105         $ cat ~/.perfconfig
1106         [intel-pt]
1107                 mispred-all = on
1108
1109         $ perf record -e intel_pt//u ./sort 3000
1110         Bubble sorting array of 3000 elements
1111         58 ms
1112         [ perf record: Woken up 2 times to write data ]
1113         [ perf record: Captured and wrote 3.939 MB perf.data ]
1114         $ perf inject -i perf.data -o inj --itrace=i100usle --strip
1115         $ ./create_gcov --binary=./sort --profile=inj --gcov=sort.gcov -gcov_version=1
1116         $ gcc-5 -O3 -fauto-profile=sort.gcov sort.c -o sort_autofdo
1117         $ ./sort_autofdo 30000
1118         Bubble sorting array of 30000 elements
1119         2155 ms
1120
1121 Note there is currently no advantage to using Intel PT instead of LBR, but
1122 that may change in the future if greater use is made of the data.
1123
1124
1125 PEBS via Intel PT
1126 -----------------
1127
1128 Some hardware has the feature to redirect PEBS records to the Intel PT trace.
1129 Recording is selected by using the aux-output config term e.g.
1130
1131         perf record -c 10000 -e '{intel_pt/branch=0/,cycles/aux-output/ppp}' uname
1132
1133 Note that currently, software only supports redirecting at most one PEBS event.
1134
1135 To display PEBS events from the Intel PT trace, use the itrace 'o' option e.g.
1136
1137         perf script --itrace=oe
1138
1139 XED
1140 ---
1141
1142 include::build-xed.txt[]
1143
1144 SEE ALSO
1145 --------
1146
1147 linkperf:perf-record[1], linkperf:perf-script[1], linkperf:perf-report[1],
1148 linkperf:perf-inject[1]