每任务的统计接口¶

Taskstats是一个基于netlink的接口，用于从内核向用户空间发送每任务及每进程的统计信息。

Taskstats设计目的：

在任务生命周期内和退出时高效的提供统计信息
统一不同计数子系统的接口
支持未来计数系统的扩展

术语¶

“pid”、“tid”、“任务”互换使用，用于描述由struct task_struct定义的标准 Linux任务。“每pid的统计数据”等价于“每任务的统计数据”。

“tgid”、“进程”、“线程组”互换使用，用于描述共享mm_struct的任务集，也就是传统的Unix进程。尽管使用了tgid这个词，即使一个任务是线程组组长，对它的处理也没有什么不同。只要一个进程还有任何归属它的任务，它就被认为活着。

用法¶

为了在任务生命周期内获得统计信息，用户空间需打开一个单播的netlink套接字（NETLINK_GENERIC族）然后发送指定pid或tgid的命令。响应消息中包含单个任务的统计信息（若指定了pid）或进程所有任务汇总的统计信息（若指定了tgid）。

为了在任务退出时获取统计信息，用户空间的监听者发送一个指定cpu掩码的注册命令。 cpu掩码内的cpu上有任务退出时，每pid的统计信息将发送给注册成功的监听者。使用 cpu掩码可以限制一个监听者收到的数据，并有助于对netlink接口进行流量控制，后文将进行更详细的解释。

如果正在退出的任务是线程组中最后一个退出的线程，额外一条包含每tgid统计信息的记录也将发送给用户空间。后者包含线程组中所有线程（包括过去和现在）的每pid统计信息总和。

getdelays.c是一个简单的示例，用以演示如何使用taskstats接口获取延迟统计信息。用户可注册cpu掩码、发送命令和处理响应、监听每tid/tgid退出数据、将收到的数据写入文件、通过增大接收缓冲区进行基本的流量控制。

接口¶

内核用户接口封装在include/linux/taskstats.h。

为避免本文档随着接口的演进而过期，本文仅给出当前版本的概要。当本文与taskstats.h 不一致时，以taskstats.h为准。

struct taskstats是每pid和每tgid数据共用的计数结构体。它是版本化的，可在内核新增计数子系统时进行扩展。taskstats.h中定义了各字段及语义。

用户、内核空间的数据交换是属于NETLINK_GENERIC族的netlink消息，使用netlink属性接口。消息格式如下:

+----------+- - -+-------------+-------------------+
| nlmsghdr | Pad |  genlmsghdr | taskstats payload |
+----------+- - -+-------------+-------------------+

Taskstats载荷有三种类型：

1. 命令：由用户发送给内核。获取指定pid/tgid数据的命令包含一个类型为 TASKSTATS_CMD_ATTR_PID/TGID的属性，该属性包含u32的pid或tgid载荷。 pid/tgid指示用户空间要统计的任务/进程。

注册/注销获取指定cpu集上退出数据的命令包含一个类型为 TASKSTATS_CMD_ATTR_REGISTER/DEREGISTER_CPUMASK的属性，该属性包含cpu掩码载荷。 cpu掩码是以ascii码表示，用逗号分隔的cpu范围。例如若需监听1,2,3,5,7,8号cpu的退出数据，cpu掩码表示为”1-3,5,7-8”。若用户空间在关闭监听套接字前忘了注销监听的cpu集，随着时间的推移，内核会清理此监听集。但是，出于提效的目的，建议明确执行注销。

命令的应答：内核发出应答用户空间的命令。载荷有三类属性：

a) TASKSTATS_TYPE_AGGR_PID/TGID：本属性不包含载荷，用以指示其后为被统计对象的pig/tgid。

TASKSTATS_TYPE_PID/TGID：本属性的载荷为pig/tgid，其统计信息将被返回。

c) TASKSTATS_TYPE_STATS：本属性的载荷为一个struct taskstats实例。每pid和每tgid统计信息共用该结构体。

内核会在任务退出时发送新消息。其载荷包含一系列以下类型的属性：

TASKSTATS_TYPE_AGGR_PID：指示其后两个属性为pid+stats。
TASKSTATS_TYPE_PID：包含退出任务的pid。
TASKSTATS_TYPE_STATS：包含退出任务的每pid统计信息
TASKSTATS_TYPE_AGGR_TGID：指示其后两个属性为tgid+stats。
TASKSTATS_TYPE_TGID：包含任务所属进程的tgid
TASKSTATS_TYPE_STATS：包含退出任务所属进程的每tgid统计信息

每tgid的统计¶

除了每任务的统计信息，taskstats还提供每进程的统计信息，因为资源管理通常以进程粒度完成，并且仅在用户空间聚合任务统计信息效率低下且可能不准确（缺乏原子性）。

然而，除了每任务统计信息，在内核中维护每进程统计信息存在额外的时间和空间开销。为解决此问题，taskstats代码将退出任务的统计信息累积到进程范围的数据结构中。当进程最后一个任务退出时，累积的进程级数据也会发送到用户空间（与每任务数据一起）。

当用户查询每tgid数据时，内核将指定线程组中所有活动线程的统计信息相加，并添加到该线程组的累积总数（含之前退出的线程）。

扩展taskstats¶

有两种方法可在未来修改内核扩展taskstats接口，以导出更多的每任务/进程统计信息：

1. 在现有struct taskstats末尾增加字段。该结构体中的版本号确保了向后兼容性。用户空间将仅使用与其版本对应的结构体字段。

2. 定义单独的统计结构体并使用netlink属性接口返回对应的数据。由于用户空间独立处理每个netlink属性，所以总是可以忽略其不理解类型的属性（因为使用了旧版本接口）。

在1.和2.之间进行选择，属于权衡灵活性和开销的问题。若仅需增加少数字段，那么1.是首选方法，因为内核和用户空间无需承担处理新netlink属性的开销。但若新字段过多的扩展现有结构体，导致不同的用户空间计数程序不必要的接收大型结构体，而对结构体字段并不感兴趣，那么2.是值得的。

Taskstats的流量控制¶

当退出任务数速率变大，监听者可能跟不上内核发送每tid/tgid退出数据的速率，而导致数据丢失。taskstats结构体变大、cpu数量上升，都会导致这种可能性增加。

为避免统计信息丢失，用户空间应执行以下操作中至少一项：

增大监听者用于接收退出数据的netlink套接字接收缓存区。
创建更多的监听者，减少每个监听者监听的cpu数量。极端情况下可为每个cpu创建一个监听者。用户还可考虑将监听者的cpu亲和性设置为监听cpu的子集，特别是当他们仅监听一个cpu。

尽管采取了这些措施，若用户空间仍收到指示接收缓存区溢出的ENOBUFS错误消息，则应采取其他措施处理数据丢失。