uprobes: prepare uprobe args buffer lazily
authorAndrii Nakryiko <andrii@kernel.org>
Mon, 18 Mar 2024 18:17:27 +0000 (11:17 -0700)
committerMasami Hiramatsu (Google) <mhiramat@kernel.org>
Wed, 1 May 2024 14:18:46 +0000 (23:18 +0900)
commit1b8f85defbc82e2eb8f27c5f6060ea507ad4d5a3
tree07ba60c9a2b07086f551ef79064a42a40e0e32cf
parent3eaea21b4d27cff0017c20549aeb53034c58fc23
uprobes: prepare uprobe args buffer lazily

uprobe_cpu_buffer and corresponding logic to store uprobe args into it
are used for uprobes/uretprobes that are created through tracefs or
perf events.

BPF is yet another user of uprobe/uretprobe infrastructure, but doesn't
need uprobe_cpu_buffer and associated data. For BPF-only use cases this
buffer handling and preparation is a pure overhead. At the same time,
BPF-only uprobe/uretprobe usage is very common in practice. Also, for
a lot of cases applications are very senstivie to performance overheads,
as they might be tracing a very high frequency functions like
malloc()/free(), so every bit of performance improvement matters.

All that is to say that this uprobe_cpu_buffer preparation is an
unnecessary overhead that each BPF user of uprobes/uretprobe has to pay.
This patch is changing this by making uprobe_cpu_buffer preparation
optional. It will happen only if either tracefs-based or perf event-based
uprobe/uretprobe consumer is registered for given uprobe/uretprobe. For
BPF-only use cases this step will be skipped.

We used uprobe/uretprobe benchmark which is part of BPF selftests (see [0])
to estimate the improvements. We have 3 uprobe and 3 uretprobe
scenarios, which vary an instruction that is replaced by uprobe: nop
(fastest uprobe case), `push rbp` (typical case), and non-simulated
`ret` instruction (slowest case). Benchmark thread is constantly calling
user space function in a tight loop. User space function has attached
BPF uprobe or uretprobe program doing nothing but atomic counter
increments to count number of triggering calls. Benchmark emits
throughput in millions of executions per second.

BEFORE these changes
====================
uprobe-nop     :    2.657 ± 0.024M/s
uprobe-push    :    2.499 ± 0.018M/s
uprobe-ret     :    1.100 ± 0.006M/s
uretprobe-nop  :    1.356 ± 0.004M/s
uretprobe-push :    1.317 ± 0.019M/s
uretprobe-ret  :    0.785 ± 0.007M/s

AFTER these changes
===================
uprobe-nop     :    2.732 ± 0.022M/s (+2.8%)
uprobe-push    :    2.621 ± 0.016M/s (+4.9%)
uprobe-ret     :    1.105 ± 0.007M/s (+0.5%)
uretprobe-nop  :    1.396 ± 0.007M/s (+2.9%)
uretprobe-push :    1.347 ± 0.008M/s (+2.3%)
uretprobe-ret  :    0.800 ± 0.006M/s (+1.9)

So the improvements on this particular machine seems to be between 2% and 5%.

  [0] https://github.com/torvalds/linux/blob/master/tools/testing/selftests/bpf/benchs/bench_trigger.c

Reviewed-by: Jiri Olsa <jolsa@kernel.org>
Link: https://lore.kernel.org/all/20240318181728.2795838-3-andrii@kernel.org/
Signed-off-by: Andrii Nakryiko <andrii@kernel.org>
Acked-by: Masami Hiramatsu (Google) <mhiramat@kernel.org>
Signed-off-by: Masami Hiramatsu (Google) <mhiramat@kernel.org>
kernel/trace/trace_uprobe.c