Linux使用 ftrace 来跟踪内核函数调用

本文参考了一些博客，然后在自己的主机（Ubuntu 18.04）上进行了测试

在Linux内核文档中有关于ftrace的介绍：

https://www.kernel.org/doc/Documentation/trace/ftrace.txt

ftrace是一个Linux内部跟踪器，主要是帮助系统的开发人员和设计人员了解到内核中发生了的事情。

它可用于调试或分析在用户空间之外发生的延迟和性能问题。虽然ftrace通常被认为是函数跟踪器，但它实际上是几个各种跟踪实用程序的框架工作。有延迟跟踪来检查禁用和启用的中断之间发生的情况，以及抢占和从任务被唤醒到任务实际安排的时间

ftrace最常见的用途之一是事件跟踪。通过内核可以通过tracefs文件系统启用数百个静态事件点，以查看内核某些部分的情况。

现在以我的一台主机测试 ftrace 的使用。

在各种Linux发行版中基本都已经提供了对 ftrace 的支持，在我的Ubuntu中，相关内容在如下目录中：

/sys/kernel/debug/tracing

该目录下的内容如下： 

在该目录中，我们可以通过查看 available_tracers 文件，获取当前内核支持的跟踪器列表：

cat available_tracers

 Tracer有很多种，主要几大类：

• 函数类：function， function_graph， stack
• 延时类：irqsoff， preemptoff， preemptirqsoff， wakeup， wakeup_rt， waktup_dl
• 其他类：nop， mmiotrace， blk

来源：http://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/7211249.html

在本文中，主要使用 function 以及 function_graph 这两个跟踪器。

Function

使用如下命令来使用 function 跟踪器：

echo function > current_tracer

相当于把当前的跟踪器，配置为 function，我们可以使用 cat 命令查看当前的 current_tracer

从上图中可以看到，我们配置 function 成功。

配置好之久， ftrace 就开始工作了，会将相关的 trace 信息放到 trace 文件里面，直接读取这个文件就能获取相关的信息。

cat trace | head -n 20

如果直接 cat trace 文件，内容就太多了，我们可以通过文件 set_ftrace_filter 指定要跟踪的函数，缺省目标为所有可跟踪的内核函数；可以将感兴趣的函数通过 echo 写入该文件。

为了方便使用，set_ftrace_filter 文件还支持简单格式的通配符。

• begin*选择所有名字以 begin 字串开头的函数
• *middle*选择所有名字中包含 middle 字串的函数
• *end选择所有名字以 end 字串结尾的函数

需要注意的是，这三种形式不能组合使用，比如“begin*middle*end”实际的效果与“begin”相同。另外，使用通配符表达式时，需要用单引号将其括起来，如果使用双引号，shell 可能会对字符‘ * ’进行扩展，这样最终跟踪的对象可能与目标函数不一样。

通过该文件还可以指定属于特定模块的函数，这要用到 mod 指令。指定模块的格式为：

echo ':mod:[module_name]' > set_ftrace_filter

来源：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-ftrace2/index.html

例如我要查看与schedule相关的内容，那么可以使用如下命令将要输出的写入到 set_ftrace_filter文件中：

echo schedule > set_ftrace_filter

然后再使用cat trace命令查看trace：

cat trace | head -n 20

如果不想要trace schedule 这个函数，也可以这样做：

echo '!schedule' > set_ftrace_filter

或者也可以这样做：

echo schedule > set_ftrace_notrace

Function_ Graph

Function_ Graph比function能够更加详细地打印出函数调用上下文。

function_graph 跟踪器则可以提供类似 C 代码的函数调用关系信息。通过写文件 set_graph_function 可以显示指定要生成调用关系的函数，缺省会对所有可跟踪的内核函数生成函数调用关系图。

设置为 function graph

echo function_graph > current_tracer

打印出 trace：

cat trace | head -n 20

我们也可以只跟踪某一个函数的堆栈，例如open：

echo kfree > set_graph_function

打印出 trace：

cat trace | head -n 20

参考博客

1. 《使用 ftrace 来跟踪系统问题 - ftrace 介绍》

地址：https://www.jianshu.com/p/99e127973abe

主要是ftrace的使用方法

2. 《Linux ftrace框架介绍及运用》

地址：http://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/7211249.html

讲解了ftrace的源码，在这篇博客中也给出了一些参考的内容

ftrace的帮助文档在Documentation/trace，ftrace代码主要在kernel/trace，ftrace相关头文件在include/trace中。

WiKiPedia有关于ftrace的简单介绍。

ftrace的作者在LinuxCon 2010有一篇关于Ftrace Linux Kernel Tracing的slides值得一读。

3. 《使用 ftrace 调试 Linux 内核，第 2 部分》

地址：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-ftrace2/index.html

主要是ftrace的使用方法

4. 《ftrace 简介》

地址：https://www.cnblogs.com/danxi/p/6417828.html