Quellcode-Bibliothek cpustat_user.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

#define _GNU_SOURCE
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sched.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <locale.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/wait.h>

#include <bpf/bpf.h>
#include <bpf/libbpf.h>

static int cstate_map_fd, pstate_map_fd;

#define MAX_CPU   8
#define MAX_PSTATE_ENTRIES 5
#define MAX_CSTATE_ENTRIES 3
#define MAX_STARS  40

#define CPUFREQ_MAX_SYSFS_PATH "/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_max_freq"
#define CPUFREQ_LOWEST_FREQ "208000"
#define CPUFREQ_HIGHEST_FREQ "12000000"

struct cpu_stat_data {
 unsigned long cstate[MAX_CSTATE_ENTRIES];
 unsigned long pstate[MAX_PSTATE_ENTRIES];
};

static struct cpu_stat_data stat_data[MAX_CPU];

static void cpu_stat_print(void)
{
 int i, j;
 char state_str[sizeof("cstate-9")];
 struct cpu_stat_data *data;

 /* Clear screen */
 printf("\033[2J");

 /* Header */
 printf("\nCPU states statistics:\n");
 printf("%-10s ", "state(ms)");

 for (i = 0; i < MAX_CSTATE_ENTRIES; i++) {
  sprintf(state_str, "cstate-%d", i);
  printf("%-11s ", state_str);
 }

 for (i = 0; i < MAX_PSTATE_ENTRIES; i++) {
  sprintf(state_str, "pstate-%d", i);
  printf("%-11s ", state_str);
 }

 printf("\n");

 for (j = 0; j < MAX_CPU; j++) {
  data = &stat_data[j];

  printf("CPU-%-6d ", j);
  for (i = 0; i < MAX_CSTATE_ENTRIES; i++)
   printf("%-11lu ", data->cstate[i] / 1000000);

  for (i = 0; i < MAX_PSTATE_ENTRIES; i++)
   printf("%-11lu ", data->pstate[i] / 1000000);

  printf("\n");
 }
}

static void cpu_stat_update(int cstate_fd, int pstate_fd)
{
 unsigned long key, value;
 int c, i;

 for (c = 0; c < MAX_CPU; c++) {
  for (i = 0; i < MAX_CSTATE_ENTRIES; i++) {
   key = c * MAX_CSTATE_ENTRIES + i;
   bpf_map_lookup_elem(cstate_fd, &key, &value);
   stat_data[c].cstate[i] = value;
  }

  for (i = 0; i < MAX_PSTATE_ENTRIES; i++) {
   key = c * MAX_PSTATE_ENTRIES + i;
   bpf_map_lookup_elem(pstate_fd, &key, &value);
   stat_data[c].pstate[i] = value;
  }
 }
}

/*
 * This function is copied from 'idlestat' tool function
 * idlestat_wake_all() in idlestate.c.
 *
 * It sets the self running task affinity to cpus one by one so can wake up
 * the specific CPU to handle scheduling; this results in all cpus can be
 * waken up once and produce ftrace event 'trace_cpu_idle'.
 */
static int cpu_stat_inject_cpu_idle_event(void)
{
 int rcpu, i, ret;
 cpu_set_t cpumask;
 cpu_set_t original_cpumask;

 ret = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
 if (ret < 0)
  return -1;

 rcpu = sched_getcpu();
 if (rcpu < 0)
  return -1;

 /* Keep track of the CPUs we will run on */
 sched_getaffinity(0, sizeof(original_cpumask), &original_cpumask);

 for (i = 0; i < ret; i++) {

  /* Pointless to wake up ourself */
  if (i == rcpu)
   continue;

  /* Pointless to wake CPUs we will not run on */
  if (!CPU_ISSET(i, &original_cpumask))
   continue;

  CPU_ZERO(&cpumask);
  CPU_SET(i, &cpumask);

  sched_setaffinity(0, sizeof(cpumask), &cpumask);
 }

 /* Enable all the CPUs of the original mask */
 sched_setaffinity(0, sizeof(original_cpumask), &original_cpumask);
 return 0;
}

/*
 * It's possible to have no any frequency change for long time and cannot
 * get ftrace event 'trace_cpu_frequency' for long period, this introduces
 * big deviation for pstate statistics.
 *
 * To solve this issue, below code forces to set 'scaling_max_freq' to 208MHz
 * for triggering ftrace event 'trace_cpu_frequency' and then recovery back to
 * the maximum frequency value 1.2GHz.
 */
static int cpu_stat_inject_cpu_frequency_event(void)
{
 int len, fd;

 fd = open(CPUFREQ_MAX_SYSFS_PATH, O_WRONLY);
 if (fd < 0) {
  printf("failed to open scaling_max_freq, errno=%d\n", errno);
  return fd;
 }

 len = write(fd, CPUFREQ_LOWEST_FREQ, strlen(CPUFREQ_LOWEST_FREQ));
 if (len < 0) {
  printf("failed to open scaling_max_freq, errno=%d\n", errno);
  goto err;
 }

 len = write(fd, CPUFREQ_HIGHEST_FREQ, strlen(CPUFREQ_HIGHEST_FREQ));
 if (len < 0) {
  printf("failed to open scaling_max_freq, errno=%d\n", errno);
  goto err;
 }

err:
 close(fd);
 return len;
}

static void int_exit(int sig)
{
 cpu_stat_inject_cpu_idle_event();
 cpu_stat_inject_cpu_frequency_event();
 cpu_stat_update(cstate_map_fd, pstate_map_fd);
 cpu_stat_print();
 exit(0);
}

int main(int argc, char **argv)
{
 struct bpf_link *link = NULL;
 struct bpf_program *prog;
 struct bpf_object *obj;
 char filename[256];
 int ret;

 snprintf(filename, sizeof(filename), "%s_kern.o", argv[0]);
 obj = bpf_object__open_file(filename, NULL);
 if (libbpf_get_error(obj)) {
  fprintf(stderr, "ERROR: opening BPF object file failed\n");
  return 0;
 }

 prog = bpf_object__find_program_by_name(obj, "bpf_prog1");
 if (!prog) {
  printf("finding a prog in obj file failed\n");
  goto cleanup;
 }

 /* load BPF program */
 if (bpf_object__load(obj)) {
  fprintf(stderr, "ERROR: loading BPF object file failed\n");
  goto cleanup;
 }

 cstate_map_fd = bpf_object__find_map_fd_by_name(obj, "cstate_duration");
 pstate_map_fd = bpf_object__find_map_fd_by_name(obj, "pstate_duration");
 if (cstate_map_fd < 0 || pstate_map_fd < 0) {
  fprintf(stderr, "ERROR: finding a map in obj file failed\n");
  goto cleanup;
 }

 link = bpf_program__attach(prog);
 if (libbpf_get_error(link)) {
  fprintf(stderr, "ERROR: bpf_program__attach failed\n");
  link = NULL;
  goto cleanup;
 }

 ret = cpu_stat_inject_cpu_idle_event();
 if (ret < 0)
  return 1;

 ret = cpu_stat_inject_cpu_frequency_event();
 if (ret < 0)
  return 1;

 signal(SIGINT, int_exit);
 signal(SIGTERM, int_exit);

 while (1) {
  cpu_stat_update(cstate_map_fd, pstate_map_fd);
  cpu_stat_print();
  sleep(5);
 }

cleanup:
 bpf_link__destroy(link);
 bpf_object__close(obj);
 return 0;
}