feat(starry): ARM PMUv3 hardware-PMU perf support (perf stat / record / report)#1395
Conversation
…follow (perf M3-pt)
…_SAMPLE (perf M3-pt-rec)
![mai-team-app[bot]](https://avatars.githubusercontent.com/u/34859362?s=60&v=4){kind=small}
There was a problem hiding this comment.
PR 审核总结
变更概述
本 PR 为 StarryOS 补齐 ARM PMUv3 硬件 PMU perf 路径，使上游 perf 工具（stat / record / report）能在 aarch64 上运行。改动纯增量（39 文件，+8085/−29），原追踪 perf 路径不受影响。
实现逻辑
实现架构分层清晰：
- 硬件寄存器层（
axcpu/src/aarch64/pmu.rs）：ARM PMUv3 完整封装，包含 PMCR/PMCCNTR/PMEVCNTRn/PMEVTYPERn 等全部原语，使用命名系统寄存器直接访问（不走 PMSELR 间接寻址），避免 IRQ 处理器竞争。 - hw.rs：counting（M1, perf stat）和 sampling（M2, perf record）事件，计数器分配器（
HwAlloc）跟踪专用周期计数器与可编程计数器的使用状态。 - sampling.rs：PMU 溢出 IRQ 处理器，每 CPU 注册表
[Option<SampleSlot>; 32]在NoPreemptIrqSave下读写，频率模式自适应控制（next_freq_period）使用 1/8 阻尼。ring_write在写入data_head前使用Release屏障。 - task.rs：per-task 事件通过
PerTaskCounter挂载在Thread.perf_counters，由perf_sched_in/perf_sched_out调度钩子驱动，热路径仅依赖原子操作和 sysreg 写入。 - sideband.rs：
PERF_RECORD_COMM/MMAP2/FORK/EXIT从进程上下文写入环，通过ring_write_process（mask 本地 IRQ）与溢出处理序列化。 - sysfs/procfs：PMU 设备枚举（
/sys/bus/event_source/devices/armv8_pmuv3_0/）、MIDR 解码的/proc/cpuinfo、perf knobs。
安全性分析
- IRQ 上下文纪律：溢出处理器不分配内存，不持锁，先读取中断上下文（ELR_EL1/SPSR_EL1），符合硬中断要求。
- 拆除顺序：mask IRQ → stop counter → unregister slot → drop Arc，防止 UAF。
Drop实现与disable共享teardown_sampling_irq（幂等）。 - 原始指针音效性：
SampleSlot::notify是*const IrqNotify，仅在注册的 slot 存活期间被解引用（unregister在Arc<IrqNotify>drop 之前执行），模块级文档明确论证了这一点。 - RAII 页面固定：ring 页面通过
Arc<GlobalPage>固定在 VMA retainer 中，Weak避免事件持有强引用导致的生命周期延长。 - 无
[patch.crates-io]：未引入任何 crates.io patch。
测试覆盖
12 个自包含 QEMU C 用例位于 test-suit/starryos/qemu-smp1/system/perf-hw-*/，覆盖：
- 计数（cycles、stat）、采样（sample、sample-task）、PMU sysfs 枚举
- ioctl 行为（record-ioctl）、频率模式（freq）、EL0 直读（rdpmc）
- 多事件环合并（ring-merge）、side-band 记录（sideband）
- fork/exit 生命周期（fork-exit）、事件继承（inherit）
测试不依赖 perf 二进制，可独立运行，打印 STARRY_PERF_HW_OK 成功哨兵。用例放置在正确的 test-suit 路径下。
CI 状态
CI 检查全部为 skipped（来自 fork PR 的典型行为，非 PR 引起的失败）。cargo fmt --check 本地通过。作者报告 clippy 45/45、aarch64 build、riscv64 交叉编译、nightly fmt 全部通过。
重复/重叠分析
检查了当前所有 open PR，无其他 PR 涉及 PMU/硬件 perf 功能。base 分支现有 perf 仅覆盖软件/追踪事件，本 PR 补齐硬件路径，纯增量无冲突。
已知限制（非 blocking）
- 仅单核；多核 + big.LITTLE 异构 PMU 为后续工作
attr.inherit每任务占一个可编程计数器槽（暂不时分复用）- 仅 aarch64；其他架构通过
#[cfg]门控不受影响
结论
实现质量高、文档详尽、安全论证完整、测试覆盖全面。无阻塞性问题。
Powered by mimo-v2.5-pro
There was a problem hiding this comment.
PR 审核总结
变更概述
本 PR 为 StarryOS 补齐 ARM PMUv3 硬件 PMU perf 路径，使上游 perf 工具（stat / record / report）能在 aarch64 上运行。改动纯增量（39 文件，+8093/−29），原追踪 perf 路径不受影响。
实现逻辑
实现架构分层清晰，各模块职责明确：
-
硬件寄存器层（
axcpu/src/aarch64/pmu.rs，621 行新增）：ARM PMUv3 完整封装——PMCR/PMCCNTR/PMEVCNTRn/PMEVTYPERn/PMCNTENSET·CLR/PMINTENSET·CLR/PMOVSCLR/PMCEID/PMUSERENR/MIDR。使用命名系统寄存器直接访问（mrs/msr），避免 PMSELR 间接寻址的竞态，设计合理。 -
hw.rs（1195 行）：counting（perf stat）和 sampling（perf record）事件的统一入口。
HwAlloc计数器分配器跟踪专用周期计数器与可编程计数器的使用状态。RingState使用Weak<GlobalPage>避免事件持有强引用导致页面生命周期过长。 -
sampling.rs（725 行）：PMU 溢出 IRQ 处理器。每 CPU 固定
[Option<SampleSlot>; 32]在NoPreemptIrqSave下读写。频率模式自适应控制（next_freq_period）使用 1/8 阻尼，与 Linuxperf_adjust_period一致。ring_write在写入data_head前使用Release屏障，保证用户态观察到新data_head时也观察到记录内容。 -
task.rs（1300+ 行）：per-task 事件通过
PerTaskCounter挂载在Thread.perf_counters，由既有perf_sched_in/perf_sched_out调度钩子驱动。热路径仅依赖原子操作和 sysreg 写入，PERF_TASK_ACTIVE计数器为 0 时 early-return，空闲系统开销仅为一次 relaxed 原子读。 -
sideband.rs：
PERF_RECORD_COMM/MMAP2/FORK/EXIT记录从进程上下文写入环，通过ring_write_process（mask 本地 IRQ）与溢出处理序列化。 -
sysfs/procfs：PMU 设备枚举（
/sys/bus/event_source/devices/armv8_pmuv3_0/）、MIDR 解码的/proc/cpuinfo、perf_event_*knobs。真实 perf 工具据此发现并打开 PMU。
安全性分析
- IRQ 上下文纪律：溢出处理器不分配内存、不持锁，先读取中断上下文（
ELR_EL1/SPSR_EL1）再操作 PMU，符合硬中断要求。 - 拆除顺序：
disablecounter →disable_irq→unregisterslot → dropArc，严格保证 IRQ 处理器不会访问已释放资源。Drop实现与disable共享teardown_sampling_irq（幂等）。 - 原始指针有效性：
SampleSlot::notify是*const IrqNotify，仅在注册的 slot 存活期间被解引用（unregister在Arc<IrqNotify>drop 之前执行），模块级文档明确论证了这一点。 - RAII 页面固定：ring 页面通过
Arc<GlobalPage>固定在 VMA retainer 中，Weak避免事件持有强引用导致生命周期延长。 - 无
[patch.crates-io]：未引入任何 crates.io patch，ABI 结构体复用kbpf-basic0.6。
测试覆盖
12 个自包含 QEMU C 用例位于 test-suit/starryos/qemu-smp1/system/perf-hw-*/：
- 计数（cycles、stat）、采样（sample、sample-task）
- PMU sysfs 枚举（pmu-sysfs）
- ioctl 行为（record-ioctl）、频率模式（freq）、EL0 直读（rdpmc）
- 多事件环合并（ring-merge）、side-band 记录（sideband）
- fork/exit 生命周期（fork-exit）、事件继承（inherit）
测试不依赖 perf 二进制，可独立运行。PR 作者还报告了真实上游 perf 6.6.0 的 QEMU 端到端验证和 OrangePi-5-Plus/RK3588 硬件验证结果。
CI 状态
- formatting: ✅ 通过
- clippy: ✅ 通过
- starry aarch64/x86_64/riscv64/loongarch64 qemu: ✅ 全部通过
- arceos aarch64/x86_64/riscv64/loongarch64 qemu: ✅ 全部通过
- axvisor aarch64/riscv64/loongarch64 qemu + x86_64 self-hosted: ✅ 全部通过
- board tests (orangepi-5-plus, visionfive2, roc-rk3568-pc, phytiumpi): ✅ 全部通过
- 唯一失败:
Test starry self-hosted board licheerv-nano-sg2002 / run_host— 板端网络 PHY 自协商超时（U-Boot DHCP 阶段未进入内核），已有跟踪 issue #1382，与本 PR 无关（本 PR 仅触及 aarch64 PMUv3 代码）。
重复/重叠分析
检查了当前所有 open PR（#1394, #1390, #1388, #1380, #1379, #1368 等），无其他 PR 涉及 PMU/硬件 perf 功能。base 分支现有 perf 仅覆盖软件/追踪事件，本 PR 补齐硬件路径，纯增量无冲突。
已有 review 考虑
mai-team-app[bot] 在旧 head（d11d084d8）提交了 APPROVE review。当前 head（f43949f4c）在该 review 之后又有两次 fix commit（修正 cross-arch grouped build 和 side-band 测试 sample period），改善了测试的跨架构兼容性和稳定性。
已知限制（非 blocking）
- 仅单核；多核 + big.LITTLE 异构 PMU 为后续工作
attr.inherit每任务占一个可编程计数器槽（暂不时分复用）- 仅 aarch64；其他架构通过
#[cfg]门控不受影响 - PMU IRQ 硬编码为 PPI 7/INTID 23（代码注释标注后续应从 FDT 读取）
结论
实现质量高、文档详尽、安全论证完整、测试覆盖全面。无阻塞性问题。
Powered by mimo-v2.5-pro
ZR233
left a comment
ZR233
left a comment
There was a problem hiding this comment.
本次复审基于 head f43949f4c576018f469d871a9df2be8b031ed190。
本地验证：
cargo fmt --check通过cargo xtask clippy --package ax-cpu28 项目标/feature 组合全部通过cargo xtask clippy --package starry-kernel17 项 feature 组合全部通过git diff --check origin/dev...HEAD通过
GitHub 当前检查也已到可合入状态，format/clippy/std、Starry/ArceOS/Axvisor QEMU 与 board 检查均为通过或预期跳过，mergeStateStatus=CLEAN。
我重点看了 PMUv3 sysreg 层、sampling ring 写入、PERF_EVENT_IOC_ID/SET_OUTPUT、per-task sched in/out、exec/clone/exit side-band 与新增 test-suit 用例。实现整体分层清楚，ring lifetime 通过 VMA retainer/anchor 固定，IRQ teardown 顺序也避免了 notify/ring UAF；新增 12 个 qemu-smp1/system/perf-hw-* 用例覆盖 counting、sampling、sysfs dynamic PMU type、freq、rdpmc、SET_OUTPUT/ring merge、side-band、fork/exit、inherit 等关键路径。
非阻塞建议：PR 描述里提到 PERF_TYPE_HW_CACHE，但当前实现实际支持的是 PERF_TYPE_HARDWARE、PERF_TYPE_RAW 和 sysfs 动态 armv8_pmuv3_0 type；HW_CACHE / BREAKPOINT 在 hw.rs 里仍明确返回 unsupported。常用命名事件通过 sysfs 动态 PMU type 暴露已经可以覆盖 cache_misses/cache_references 这类入口，但建议把 PR body 或后续文档里的范围表述收窄，避免给维护者留下 PERF_TYPE_HW_CACHE 静态 ABI 已支持的误解。
未发现阻塞问题，批准合入。
… / report) (#1395) * feat(starry): add PERF_TYPE_HARDWARE cpu-cycles via ARM PMUv3 (perf M0) * feat(starry): perf stat counting via PMUv3 programmable counters (perf M1) * feat(starry): perf record sampling via PMUv3 overflow IRQ (perf M2) * feat(starry): expose armv8_pmuv3 PMU via sysfs/procfs for perf (perf M2.5) * feat(starry): per-task perf counting via enable_on_exec + ctx-switch follow (perf M3-pt) * feat(starry): per-task perf-record sampling + multi-field PERF_RECORD_SAMPLE (perf M3-pt-rec) * fix(starry): perf_event_mmap_page version=1 + cpuid sysfs for real perf * feat(starry): real perf record via PERF_EVENT_IOC_ID + SET_OUTPUT (perf M3-rec-e2e) * feat(starry): perf frequency mode + multi-event ring-merge + rdpmc * feat(starry): perf side-band COMM + MMAP2 records for perf report symbolization * feat(starry): perf side-band FORK + EXIT task-lifetime records (attr.task) * feat(starry): perf attr.inherit — follow forked children into one ring * fix(starry): skip perf-hw C tests on non-aarch64 (cross-arch grouped build) * fix(starry): widen perf-hw side-band test sample period to prevent ring wrap
2 participants
StarryOS 已实现
perf_event_open(2)，但仅覆盖软件 / 追踪事件（kprobe / uprobe / tracepoint / eBPF software）；硬件 PMU 路径完全缺失：PERF_TYPE_HARDWARE/HW_CACHE/RAW、read(perf_fd)、采样 + mmap 环形缓冲、rdpmc均返回Unsupported。本 PR 补齐硬件 PMU 路径，使真实上游perf工具（stat / record / report）能在 ARMv8 PMUv3（如 RK3588）上运行。改动纯增量（39 文件，+8009 / −29），原追踪 perf 路径不受影响、无回归。实现内容
硬件寄存器层（
components/axcpu/src/aarch64/pmu.rs，新增）ARM PMUv3 完整封装：PMCR / PMCCNTR / PMEVCNTRn / PMEVTYPERn / PMCNTENSET·CLR / PMINTENSET·CLR / PMOVSCLR / PMCEID / PMUSERENR / MIDR —— 覆盖计数、采样溢出、EL0 直读所需全部原语。
perf stat（计数）
PERF_TYPE_HARDWARE（cycles 走专用周期计数器，instructions / cache / branch 走可编程计数器）+PERF_TYPE_RAW；多计数器并行；read_format（value / time_enabled / time_running / id）。perf record（采样）
PMUv3 溢出 IRQ（PPI 7 / INTID 23，每-CPU 寄存器表）→ 按
sample_type写多字段PERF_RECORD_SAMPLE进 mmap 环；IRQ 安全的环写入 + 严格拆除顺序避免 UAF。PMU 枚举（sysfs / procfs）
/sys/bus/event_source/devices/armv8_pmuv3_0/{type,cpus,format,events}、/proc/sys/kernel/perf_event_*、MIDR 解码的/proc/cpuinfo—— 真实 perf 据此发现并打开 PMU。per-task（
pid > 0）事件随被监控线程上下文切换布防 / 撤防（复用既有
TaskExt调度钩子，不改 axtask）；enable_on_exec；per-task 采样。真实 perf record 端到端
PERF_EVENT_IOC_ID+PERF_EVENT_IOC_SET_OUTPUT；perf_event_mmap_page.version=1；cpuid sysfs 节点。常用能力
频率模式（
-F，Linuxperf_adjust_period自适应）；多事件共享环（-e a,b，SET_OUTPUT 重定向 + per-event id 区分）；rdpmc/ EL0 直读（PMUSERENR + mmap_page index / pmc_width / cap_user_rdpmc）。side-band 记录（
perf report符号化）PERF_RECORD_COMM+MMAP2（exec 镜像 / 动态库真实路径）；PERF_RECORD_FORK+EXIT（进程树）。事件继承（
attr.inherit）被监控任务 fork 子任务时事件随之克隆、写入同一环 ——
perf record默认的"跟随子进程"。设计要点
pid > 0→ per-task；pid ≤ 0（self /-a）→ 系统级。硬件类型判断置于原追踪 perf 调度之前，完全保留原路径，无回归。Thread.perf_counters，由既有调度钩子驱动，不触碰 axtask。kbpf-basic0.6。测试
12 个自包含 QEMU 用例（不依赖 perf 二进制，CI 可跑，全部 1/1 通过）：
perf-hw-{cycles, stat, sample, pmu-sysfs, sample-task, record-ioctl, freq, rdpmc, ring-merge, sideband, fork-exit, inherit}。真实上游 perf 6.6.0（QEMU）：
perf stat命名事件（经 sysfs 枚举）、perf record采集 724 样本。真实硬件（OrangePi-5-Plus / RK3588，单核）：
perf stat为真实 PMU 值 —— 32,354,872 cycles、97,608,453 instructions、cycles + instructions 同时计数 IPC 0.89。clippy（starry-kernel + ax-cpu）45/45、nightly fmt、aarch64 build、riscv64 交叉编译（cfg 门控）全部通过。
范围与限制
#[cfg]门控，不受影响。attr.inherit每个被监控任务占一个硬件可编程计数器槽（暂不时分复用）；后续工作。perf record的 mmap 修复已在 QEMU 验证，硬件上尚未在修复后复测。