Linux 利用 ftrace 分析内核调用

最新推荐文章于 2024-12-29 20:36:51 发布

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一、概述

在 Linux 中，ftrace 是一种用于跟踪内核函数调用和事件的工具。它是一个功能强大的跟踪框架，可用于分析和调试内核性能问题。

ftrace 提供了多种功能，包括函数跟踪、事件记录和性能分析等。它能够记录函数的调用和返回信息，以及函数执行的路径和时间。通过跟踪这些信息，我们可以了解到内核函数的执行情况，从而定位和解决性能问题。

ftrace 使用了内核中的一些机制来实现跟踪功能。其中一个关键的机制是函数预编译器，它会在每个内核函数的入口和出口处插入一些特殊的指令，用于记录函数的调用和返回信息。这些指令可以通过内核配置选项来启用或禁用。

此外，ftrace 还支持事件跟踪，可以记录系统中发生的各种事件，比如中断、系统调用、定时器事件等。通过分析这些事件的发生频率和顺序，可以帮助我们找出系统中的瓶颈和性能问题。

除了记录和分析跟踪信息外，ftrace 还提供了一些工具和接口，用于配置和控制跟踪功能。其中最常用的工具是 trace-cmd 和 trace-cmd-report，它们可以用来收集和分析跟踪数据。

二、ftrace 的使用

1、常用信息

ftrace 是一个自 Linux 2.6 版本起就支持的内核调试工具。最初，ftrace 主要用于函数级别的跟踪（function trace），但经过不断发展，ftrace现已成为一个通用的调试框架，能够实现多种跟踪目的。

ftrace通过 debugfs 虚拟文件系统向用户空间提供访问接口。通常，debugfs 会挂载在 /sys/kernel/debug 目录下，而 ftrace的控制和输出文件位于该目录下的 tracing子目录中，完整路径为 /sys/kernel/debug/tracing。所以要使用 ftrace，就要先进入到 sys/kernel/debug/tracing 目录中（仅对 root 用户可用）：

$ cd /sys/kernel/debug/tracing

这个目录下的内容如下：

其中的核心文件介绍如下表：

文件	描述
available_tracers	可用跟踪器，`hwlat blk function_graph wakeup_dl wakeup_rt wakeup function nop`，nop 表示不使用跟踪器
current_tracer	当前使用的跟踪器
function_profile_enabled	启用函数性能分析器
available_filter_functions	可跟踪的完整函数列表
set_ftrace_filter	选择跟踪函数的列表，支持批量设置，例如 tcp、tcp 和 tcp 等
set_ftrace_notrace	设置不跟踪的函数列表
set_event_pid	设置跟踪的 PID，表示仅跟踪 PID 程序的函数或者其他跟踪
tracing_on	是否启用跟踪，1 启用跟踪；0 关闭跟踪
trace_options	设置跟踪的选项
trace_stat（目录）	函数性能分析的输出目录
kprobe_events	启用 kprobe 的配置
uprobe_events	启用 uprobe 的配置
events ( 目录 )	事件（Event）跟踪器的控制文件： tracepoint、kprobe、uprobe
trace	跟踪的输出（Ring Buffer）
trace_pipe	跟踪的输出；提供持续不断的数据流，适用于程序进行读取

更详细的信息查阅 ftrace 官方文档。

2、指定 ftrace 跟踪器

ftrace 支持多种追踪类型，包括函数调用、函数图、硬件延迟、中断关闭、抢占关闭等，我们可以用上一小节提到的 available_tracers 来查看可用的跟踪器：

$ sudo cat  /sys/kernel/debug/tracing/available_tracers
timerlat osnoise hwlat blk mmiotrace function_graph wakeup_dl wakeup_rt wakeup function nop

如下是其中一些特性的介绍：

function ：一个无需参数的函数调用跟踪程序
function_graph ：一个使用子调用的函数调用跟踪程序
blk：一个与块 I/O 跟踪相关的调用和事件跟踪程序（它是 blktrace 使用的）
mmiotrace：一个内存映射 I/O 操作跟踪程序
nop ：最简单的跟踪程序，就像它的名字所暗示的那样，它不做任何事情

其中比较常用的是 function 和 function_graph。如要要设置跟踪器类型，需要把类型写入到 current_tracer 文件。比如设置类型为 function_graph 可以这样操作

sudo sh -c "echo function_graph > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer"

3、设置要跟踪的函数

set_ftrace_filter 表示要跟踪的函数，比如追踪 epoll_wait 可以这样操作：

sudo sh -c "echo SyS_epoll_wait > /sys/kernel/debug/tracing/set_ftrace_filter"

set_graph_function 用于设置 function_graph 跟踪器的触发函数

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