为什么 ls 的这些指令数相差如此之大？ （ptrace vs perf vs qemu）

我想统计运行 /bin/ls 时执行的指令总数。 我使用了 3 种方法，其结果差异很大，我不知道为什么。

1. 使用 ptrace 进行指令计数

我编写了一段代码，调用 ls 的实例并使用 ptrace 单步执行它：

#include <stdio.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/user.h>
#include <sys/reg.h>    
#include <sys/syscall.h>

int main()
{   
    pid_t child;
    child = fork(); //create child
    
    if(child == 0) {
        ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL);
        char* child_argv[] = {"/bin/ls", NULL};
        execv("/bin/ls", child_argv);
    }
    else {
        int status;
        long long ins_count = 0;
        while(1)
        {
            //stop tracing if child terminated successfully
            wait(&status);
            if(WIFEXITED(status))
                break;

                ins_count++;
                ptrace(PTRACE_SINGLESTEP, child, NULL, NULL);
        }

    printf("\n%lld Instructions executed.\n", ins_count);

    }
    
    return 0;
}

运行此代码会执行 516.678 条指令。

2.QEMU单步执行

我在单步模式下使用 qemu 模拟了 ls，并使用以下命令将所有传入指令记录到日志文件中：qemu-x86_64 -singlestep -D 日志文件 -d in_asm /bin/ls

根据 qemu ls 执行 16.836 条指令。

3. perf

sudo perf stat ls

该命令执行了 8.162.180 条指令。

我知道这些指令大部分来自动态链接器，并且对它们进行计数是很好的。但为什么这些数字相差如此之大呢？它们不应该都是一样的吗？

你用qemu计算指令数的方法是错误的，in_asm选项只显示编译块中的翻译指令，因此在 qemu 中进行 tb 链接处理后，它会直接跳转到翻译块，导致 qemu 中的计数少于其他工具，因此实践中的一个好方法是-d nochain,exec with -singlestep选项。

不过，这些工具之间也存在指令数差异，我尝试过在不同目录中运行 qemu 来生成这些日志，qemu guest 程序是静态链接的，日志文件在计算指令数时显示不同的结果，可能是某些 glibc 启动或者 init 的东西参与环境参数来导致这种差异。