linux内核：ftrace——追踪内核行为

2024-03-30 22:36
文章标签 linux 行为 内核 追踪 ftrace

本文主要是介绍linux内核：ftrace——追踪内核行为，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 1. 简介
  • 2. 使用
    • 2.1 加入ftrace
    • 2.2 ftrace 基础
      • 2.2.1 tracer
      • 2.2.2 filter（可选）
      • 2.2.3 读取trace
      • 2.2.4 ftrace_enabled
    • 2.3 使用function_graph查看do_sys_open的执行过程
    • 2.3 使用function查看do_sys_open的执行
    • 2.3 使用wakeup
    • 2.3 使用wakeup_rt
    • 2.4 event
  • 3. trace-cmd

1. 简介

ftrace是一套内核调试工具，从2.6版本之后集成到linux内核中。通过它可以轻松的追踪到内核发生的行为，也能调试分析延迟和性能问题。

在常见的linux发行版中，一般都使能了ftrace，它的操作目录在/sys/kernel/debug/tracing中
在这里插入图片描述

使用mount | grep tracefs命令验证ftrace是否可用

2. 使用

2.1 加入ftrace

在编译内核时需要将trace相关加入编译：

Kernel hacking -->Tracer --->....

ftrace通过debugfs向用户提供访问接口，所以需要系统挂载debugfs到/sys/kernel/debug/：
将如下内容添加到/etc/fstab:

debugfs  /sys/kernel/debug  debugfs  defaults  0  0

或者在运行时挂载：

mount  -t  debugfs  debugfs  /sys/kernel/debug

2.2 ftrace 基础

ftrace的使用步骤如下：
1.选择要使用的追踪器 current_tracer
2.设置一些追踪的参数过滤器等
3.开启追踪器 tracing_on
4.读追踪结果 trace

2.2.1 tracer

通过cat available_tracers可以查看当前可使用的追踪器：

[root@qemu_imx6ul:/tracing]# cat available_tracers
hwlat function_graph wakeup_dl wakeup_rt wakeup preemptirqsoff preemptoff irqsoff function nop
追踪器作用
function函数调用追踪器，可以看出哪个函数何时调用，可以通过过滤器指定要跟踪的函数
function_graph函数调用图表追踪器，可以看出哪个函数被哪个函数调用，何时返回
blkblock I/O追踪器,blktrace用户应用程序 使用的跟踪器
mmiotraceMMIO(Memory Mapped I/O)追踪器，用于Nouveau驱动程序等逆向工程
wakeup跟踪进程唤醒信息，进程调度延迟追踪器
wakeup_rt与wakeup相同，但以实时进程为对象
nop将 nop 写入 current_tracer 文件可以删除之前所使用的跟踪器，并清空之前收集到的跟踪信息，即刷新 trace 文件
wakeup_dl跟踪并记录唤醒SCHED_DEADLINE任务所需的最大延迟（如"wakeup”和"wakeup_rt”一样）
mmiotrace一种特殊的跟踪器，用于跟踪二进制模块。它跟踪模块对硬件的所有调用
hwlat硬件延迟跟踪器。它用于检测硬件是否产生任何延迟

通过写入current_tracer可以设置当前使用的追踪器

echo function_graph > current_tracer

2.2.2 filter（可选）

过滤器作用
set_ftrace_filter设置要跟踪的函数
set_ftrace_notrace反向过滤器，设置后输出除了函数以外内容
set_graph_function设置要跟踪的函数
set_graph_notrace反向过滤器，打开后进入对应函数会关闭跟踪

通过cat available_filter_functions可以查看可被过滤的函数列表（数量很多）

[root@qemu_imx6ul:/tracing]# cat available_filter_functions | wc -l
31103

使用方法：

echo sys_open > set_ftrace_filter
echo sys_close >> set_ftrace_filter
echo '*_open' '*do*' > set_ftrace_filter

2.2.3 读取trace

读取对象用途
trace直接读当前trace缓冲区的跟踪内容，trace满之后会被覆盖
trace_pipe作为管道被读取，有读清的机制
echo function > current_tracer
cat trace_pipe > /tmp/trace.out &
[1] 4153
echo 1 > tracing_on
usleep 1
echo 0 > tracing_on

2.2.4 ftrace_enabled

ftrace_enabled默认是使能的，不过需要时可以通过如下方式开关它

  sysctl kernel.ftrace_enabled=0sysctl kernel.ftrace_enabled=1orecho 0 > /proc/sys/kernel/ftrace_enabledecho 1 > /proc/sys/kernel/ftrace_enabled

2.3 使用function_graph查看do_sys_open的执行过程

#!/bin/bashdebugfs=`sed -ne 's/^debugfs \(.*\) debugfs.*/\1/p' /proc/mounts`
echo nop > $debugfs/tracing/current_tracer
echo 0 > $debugfs/tracing/tracing_onecho $$ > $debugfs/tracing/set_ftrace_pid
echo do_sys_open > $debugfs/tracing/set_graph_function
echo function_graph > $debugfs/tracing/current_tracer
echo 1 > $debugfs/tracing/tracing_onexec "$@"

[root@qemu_imx6ul:~/myfb-test]# cat /tracing/trace | head -40
# tracer: function_graph
#
# CPU  DURATION                  FUNCTION CALLS
# |     |   |                     |   |   |   |0)               |  do_sys_open() {0)               |    getname() {0)               |      getname_flags() {0) ! 979.000 us  |        kmem_cache_alloc();0)   ==========> |0)               |        gic_handle_irq() {0)               |          __handle_domain_irq() {0)               |            irq_enter() {0) + 25.334 us   |              rcu_irq_enter();0) + 20.333 us   |              preempt_count_add();0) # 1192.333 us |            }0) + 31.334 us   |            irq_find_mapping();0)               |            generic_handle_irq() {0)               |              handle_fasteoi_irq() {0)               |                _raw_spin_lock() {

如果命令执行时间很短，可以使用如下方式：
sh -c "echo $$ > set_ftrace_pid; echo 1 > tracing_on; kill xxx; echo 0 > tracing_on"

2.3 使用function查看do_sys_open的执行

#!/bin/bashdebugfs=`sed -ne 's/^debugfs \(.*\) debugfs.*/\1/p' /proc/mounts`
echo nop > $debugfs/tracing/current_tracer
echo 0 > $debugfs/tracing/tracing_on
echo $$ > $debugfs/tracing/set_ftrace_pidecho do_sys_open > $debugfs/tracing/set_ftrace_filter
echo function > $debugfs/tracing/current_tracer
echo 1 > $debugfs/tracing/tracing_onexec "$@"

[root@qemu_imx6ul:~/myfb-test]# cat /tracing/trace | head -40
# tracer: function
#
# entries-in-buffer/entries-written: 17/17   #P:1
#
#                              _-----=> irqs-off
#                             / _----=> need-resched
#                            | / _---=> hardirq/softirq
#                            || / _--=> preempt-depth
#                            ||| /     delay
#           TASK-PID   CPU#  ||||    TIMESTAMP  FUNCTION
#              | |       |   ||||       |         |myfb-test-239   [000] ...1  3462.834035: do_sys_open <-SyS_openmyfb-test-239   [000] ...1  3462.844034: do_sys_open <-SyS_openmyfb-test-239   [000] ...1  3462.851532: do_sys_open <-SyS_openmyfb-test-239   [000] ...1  3462.852319: do_sys_open <-SyS_openmyfb-test-239   [000] ...1  3462.853019: do_sys_open <-SyS_openmyfb-test-239   [000] ...1  3462.853713: do_sys_open <-SyS_open

2.3 使用wakeup

wakeup查看普通进程从被唤醒到真正执行的延时

[root@qemu_imx6ul:/tracing]# echo nop > current_tracer
[root@qemu_imx6ul:/tracing]# echo wakeup > current_tracer 
[root@qemu_imx6ul:/tracing]# echo 1 > tracing_on 
[root@qemu_imx6ul:/tracing]# cat trace | head -40
# tracer: wakeup
#
# wakeup latency trace v1.1.5 on 4.9.88-g8f6c88def
# --------------------------------------------------------------------
# latency: 9671 us, #4/4, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:1)
#    -----------------
#    | task: kworker/0:0H-5 (uid:0 nice:-20 policy:0 rt_prio:0)
#    -----------------
#
#                  _------=> CPU#            
#                 / _-----=> irqs-off        
#                | / _----=> need-resched    
#                || / _---=> hardirq/softirq 
#                ||| / _--=> preempt-depth   
#                |||| /     delay            
#  cmd     pid   ||||| time  |   caller      
#     \   /      |||||  \    |   /         mmcqd/1-104     0dn.5  620us#:    104:120:R   + [000]     5:100:R kworker/0:0Hmmcqd/1-104     0dn.5 3595us#: 0mmcqd/1-104     0d..3 8687us!: __schedulemmcqd/1-104     0d..3 8984us :    104:120:R ==> [000]     5:100:R kworker/0:0H

2.3 使用wakeup_rt

non-RT进程通常看平均延迟。RT进程的最大延迟非常有意义，反应了调度器的性能

2.4 event

event在ftrace中是一种低性能损耗，获取debug信息的一种信息输出机制。相对于printk，它有如下特点：

  • 无需重新编译内核
  • 不开启无性能损耗
  • 开启不影响流程

event在ftrace中的events目录下：
在这里插入图片描述

事件以目录的形式作为主体，目录中的文件作为事件的属性。每个目录中都有一个enable文件，用于使能这个或者这类事件。

[root@qemu_imx6ul:/tracing/events/sched]# cd sched_switch
[root@qemu_imx6ul:/tracing/events/sched/sched_switch]# ls
enable   filter   format   id       trigger

[root@qemu_imx6ul:/tracing]# echo 1 > events/sched/sched_wakeup/enable
[root@qemu_imx6ul:/tracing]# echo nop > current_tracer
[root@qemu_imx6ul:/tracing]# cat trace | head -40
# tracer: nop
#
# entries-in-buffer/entries-written: 483/483   #P:1
#
#                              _-----=> irqs-off
#                             / _----=> need-resched
#                            | / _---=> hardirq/softirq
#                            || / _--=> preempt-depth
#                            ||| /     delay
#           TASK-PID   CPU#  ||||    TIMESTAMP  FUNCTION
#              | |       |   ||||       |         |sh-176   [000] dns3 31291.656047: sched_wakeup: comm=rcu_preempt pid=7 prio=120 target_cpu=000sh-176   [000] dns2 31291.661390: sched_wakeup: comm=ksoftirqd/0 pid=3 prio=120 target_cpu=000sh-176   [000] dns2 31291.714298: sched_wakeup: comm=rcu_preempt pid=7 prio=120 target_cpu=000sh-176   [000] dns2 31291.722990: sched_wakeup: comm=ksoftirqd/0 pid=3 prio=120 target_cpu=000<idle>-0     [000] dnh4 31292.612645: sched_wakeup: comm=kworker/u2:0 pid=6 prio=120 target_cpu=000<idle>-0     [000] dns4 31292.619844: sched_wakeup: comm=kworker/0:2 pid=102 prio=120 target_cpu=000<idle>-0     [000] dns3 31292.621198: sched_wakeup: comm=ksoftirqd/0 pid=3 prio=120 target_cpu=000kworker/u2:0-6     [000] dn.3 31292.633752: sched_wakeup: comm=sh pid=176 prio=120 target_cpu=000<idle>-0     [000] dnh3 31293.270182: sched_wakeup: comm=init pid=1 prio=120 target_cpu=000

3. trace-cmd

每次如果都是通过读写文件的方式使用ftrace就太复杂了，这个过程可以通过命令行的形式完成，实现这个功能的软件是：trace-cmd

常用子命令用法
start开始追踪
stop停止追踪
clear清空追踪结果
show查看缓冲区的追踪结果
reset停止内核追踪并清空缓存
report从trace.dat读取trace
record记录追踪事件到trace.dat
list列出可用的事件、选项、追踪器等

list:

  • -t：查看可用的追踪器
  • -e：查看可追踪的事件
  • -f：查看可追踪的函数
[root@qemu_imx6ul:~]# tmd list -f | grep do_sys_open
do_sys_open
[root@qemu_imx6ul:~]# tmd list -f | wc -l
31103
[root@qemu_imx6ul:~]# cat /tracing/available_filter_functions  | wc -l
31103

record：

  • -P {pid}：指定进程
  • -p {avalilable_tracers}：指定追踪器
  • -l {function}：指定要追踪的函数
  • -g {function}：指定要追踪的函数(For graph function)
  • --max-graph-depth 5：指定追踪的函数调用深度
  • -c -F：追踪子进程

例如：

[root@qemu_imx6ul:~]# trace-cmd start -p function
[root@qemu_imx6ul:~]# trace-cmd record -p function_graph -g do_sys_open -O funcgraph-proc ls
[root@qemu_imx6ul:~]# trace-cmd report | head -40
cpus=1trace-cmd-551   [000] 72595.333330: funcgraph_entry:                   |  do_sys_open() {trace-cmd-551   [000] 72595.493349: funcgraph_entry:                   |    getname() {trace-cmd-551   [000] 72595.493856: funcgraph_entry:                   |    gic_handle_irq() {trace-cmd-551   [000] 72595.495327: funcgraph_entry:                   |      __handle_domain_irq() {......

这篇关于linux内核：ftrace——追踪内核行为的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/862765。

相关文章

Linux内核定时器使用及说明

Linux内核定时器使用及说明

《Linux内核定时器使用及说明》文章详细介绍了Linux内核定时器的特性、核心数据结构、时间相关转换函数以及操作API,通过示例展示了如何编写和使用定时器,包括按键消抖的应用... 目录1.linux内核定时器特征2.Linux内核定时器核心数据结构3.Linux内核时间相关转换函数4.Linux内核定时
阅读更多...
Linux镜像文件制作方式

Linux镜像文件制作方式

《Linux镜像文件制作方式》本文介绍了Linux镜像文件制作的过程,包括确定磁盘空间布局、制作空白镜像文件、分区与格式化、复制引导分区和其他分区... 目录1.确定磁盘空间布局2.制作空白镜像文件3.分区与格式化1) 分区2) 格式化4.复制引导分区5.复制其它分区1) 挂载2) 复制bootfs分区3)
阅读更多...
Linux服务器数据盘移除并重新挂载的全过程

Linux服务器数据盘移除并重新挂载的全过程

《Linux服务器数据盘移除并重新挂载的全过程》：本文主要介绍在Linux服务器上移除并重新挂载数据盘的整个过程,分为三大步：卸载文件系统、分离磁盘和重新挂载,每一步都有详细的步骤和注意事项,确保... 目录引言第一步：卸载文件系统第二步：分离磁盘第三步：重新挂载引言在 linux 服务器上移除并重新挂p
阅读更多...
Linux下屏幕亮度的调节方式

Linux下屏幕亮度的调节方式

《Linux下屏幕亮度的调节方式》文章介绍了Linux下屏幕亮度调节的几种方法,包括图形界面、手动调节（使用ACPI内核模块）和外接显示屏调节,以及自动调节软件（CaliseRedshift和Reds... 目录1 概述2 手动调节http://www.chinasem.cn2.1 手动屏幕调节2.2 外接显
阅读更多...
Linux(centos7)虚拟机没有IP问题及解决方案

Linux(centos7)虚拟机没有IP问题及解决方案

《Linux(centos7)虚拟机没有IP问题及解决方案》文章介绍了在CentOS7中配置虚拟机网络并使用Xshell连接虚拟机的步骤,首先,检查并配置网卡ens33的ONBOOT属性为yes,然后... 目录输入查看ZFhrxIP命令：ip addr查看，没有虚拟机IP修改ens33配置文件重启网络Xh
阅读更多...
linux实现对.jar文件的配置文件进行修改

linux实现对.jar文件的配置文件进行修改

《linux实现对.jar文件的配置文件进行修改》文章讲述了如何使用Linux系统修改.jar文件的配置文件,包括进入文件夹、编辑文件、保存并退出编辑器,以及重新启动项目... 目录linux对.jar文件的配置文件进行修改第一步第二步 第三步第四步总结linux对.jar文件的配置文件进行修改第一步进
阅读更多...
linux ssh如何实现增加访问端口

linux ssh如何实现增加访问端口

《linuxssh如何实现增加访问端口》Linux中SSH默认使用22端口,为了增强安全性或满足特定需求,可以通过修改SSH配置来增加或更改SSH访问端口,具体步骤包括修改SSH配置文件、增加或修改... 目录1. 修改 SSH 配置文件2. 增加或修改端口3. 保存并退出编辑器4. 更新防火墙规则使用uf
阅读更多...
Linux join命令的使用及说明

Linux join命令的使用及说明

《Linuxjoin命令的使用及说明》`join`命令用于在Linux中按字段将两个文件进行连接,类似于SQL的JOIN,它需要两个文件按用于匹配的字段排序,并且第一个文件的换行符必须是LF,`jo... 目录一. 基本语法二. 数据准备三. 指定文件的连接key四.-a输出指定文件的所有行五.-o指定输出
阅读更多...
Linux jq命令的使用解读

Linux jq命令的使用解读

《Linuxjq命令的使用解读》jq是一个强大的命令行工具,用于处理JSON数据,它可以用来查看、过滤、修改、格式化JSON数据,通过使用各种选项和过滤器,可以实现复杂的JSON处理任务... 目录一. 简介二. 选项2.1.2.2-c2.3-r2.4-R三. 字段提取3.1 普通字段3.2 数组字段四.
阅读更多...
Linux kill正在执行的后台任务 kill进程组使用详解

Linux kill正在执行的后台任务 kill进程组使用详解

《Linuxkill正在执行的后台任务kill进程组使用详解》文章介绍了两个脚本的功能和区别,以及执行这些脚本时遇到的进程管理问题,通过查看进程树、使用`kill`命令和`lsof`命令,分析了子... 目录零. 用到的命令一. 待执行的脚本二. 执行含子进程的脚本，并kill2.1 进程查看2.2 遇到的
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2