Perfilado de CPU con perf: perf top, perf record -g, perf report y perf_event_paranoid

Objetivo

Identificar qué función consume CPU en un host que está lento en este momento, primero con una vista en vivo y después con un perfil guardado que se pueda volver a leer.

Requisitos previos

La herramienta perf que corresponda al kernel en ejecución; o bien root, o bien un valor de kernel.perf_event_paranoid lo bastante permisivo para un usuario sin privilegios; y símbolos de depuración de los binarios que interesen, para obtener una salida legible.

Pasos

1. Comprueba la restricción de permisos actual: sysctl kernel.perf_event_paranoid. La documentación de administración del kernel define la escala con precisión: -1 no impone ninguna restricción de alcance ni de acceso a perf_events; los valores >=0 permiten la monitorización por proceso y de todo el sistema, pero excluyen los tracepoints sin procesar (raw); >=1 permite únicamente la monitorización por proceso; >=2 (el valor por defecto en upstream) además la limita a eventos del espacio de usuario. Los kernels de Debian y Ubuntu añaden niveles más estrictos por encima de 2 que bloquean por completo el uso sin privilegios. El parámetro solo afecta a los usuarios sin privilegios; root y, desde Linux 5.8, los procesos con CAP_PERFMON no están sujetos a él. Anota el valor antes de cambiarlo para poder restaurarlo: sudo sysctl -w kernel.perf_event_paranoid=<original>. Un cambio hecho con sysctl -w solo vale en tiempo de ejecución y se pierde al reiniciar, salvo que también se escriba en /etc/sysctl.d/.
2. Obtén una vista en vivo inmediata: sudo perf top, que su manual describe como la generación y visualización de un perfil de contadores de rendimiento en tiempo real. Lee las primeras líneas, ordenadas por porcentaje de overhead por símbolo.
3. Si la columna de símbolos muestra direcciones sin procesar o [unknown] en lugar de nombres, el binario o la biblioteca compartida correspondiente carece de símbolos de depuración o fue procesado con strip (o el código está compilado con JIT, lo que requiere el soporte de perf-map del propio runtime). Instala el paquete de información de depuración que ofrezca tu distribución para ese binario en lugar de fiarte de la lista de direcciones.
4. Para un perfil que se pueda guardar, volver a examinar o pasar a otra persona: sudo perf record -g -p <pid> -- sleep 30 (o -a para todo el sistema). El manual de perf record describe -g como la activación del registro del grafo de llamadas (cadena de pila o backtrace) para el kernel y el espacio de usuario, con fp (frame pointer) como modo de desenrollado por defecto en el espacio de usuario, y con dwarf o lbr seleccionables mediante --call-graph cuando los frame pointers no son fiables, algo habitual en binarios optimizados compilados sin conservar los frame pointers. La salida va a ./perf.data (se cambia con -o) y crece rápidamente con -a, con el desenrollado dwarf o con duraciones largas; comprueba antes el espacio libre.
5. Lee los datos guardados: sudo perf report (un archivo grabado como root solo puede leerlo root), que su manual describe como la visualización de la información del perfil de contadores de rendimiento registrada con perf record (por defecto, ./perf.data). Ordena por overhead para encontrar la función más activa y luego expándela para ver quién la llama.

Resultado esperado

Una lista ordenada de funciones por porcentaje de tiempo de CPU y, con -g, sus rutas de llamada, ya sea en vivo o a partir de un archivo que se puede reabrir más tarde sin volver a ejecutar la carga de trabajo.

Límites y base de verificación

Los profilers de muestreo no detectan el código que, por casualidad, no se está ejecutando en el instante de cada muestra; para captar picos breves hace falta una frecuencia de muestreo mayor (-F). Muchas máquinas virtuales no exponen contadores de rendimiento de hardware; en ese caso perf recurre a un evento de software basado en el reloj de la CPU, que sigue sirviendo para perfilar el tiempo de CPU pero no puede informar de contadores de ciclos ni de caché. Si bajaste perf_event_paranoid para la sesión, restáuralo a su valor anterior al terminar. La resolución de símbolos requiere información de depuración coincidente para cada binario de la pila de llamadas, no solo para el marco superior.