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ftrace 技术培训文档

技术背景

ftrace 是 Linux 内核中的一个跟踪框架，用于调试和分析内核中的性能问题。它允许开发者跟踪内核函数的调用和执行情况，从而帮助定位性能瓶颈和异常行为。

编译和部署 ftrace

开启 ftrace 内核选项

1. 配置内核选项：

   在编译内核时，需要确保以下选项被启用。运行 make menuconfig，并在菜单中找到 ftrace 相关选项进行配置：

   Kernel hacking  --->Tracers  --->[*] Tracing support[*]   Kernel Function Tracer[*]   Kernel Function Graph Tracer[*]   Interrupts-off Latency Tracer[*]   Preemption-off Latency Tracer[*]   Scheduling Latency Tracer[*]   Trace syscalls[*]   Enable ftrace-based function graph anomaly detection
   

2. 编译并安装内核：

   完成配置后，编译并安装新的内核。

   make -j$(nproc)
   make modules_install
   make install
   reboot
   

使用 ftrace

1. 挂载 debugfs：

   ftrace 的信息存储在 debugfs 文件系统中。首先需要挂载 debugfs：

   mount -t debugfs none /sys/kernel/debug
   

2. 启用跟踪：

   可以通过以下步骤来启用和查看跟踪信息：

   • 启用功能跟踪：

     echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
     

   • 启动跟踪：

     echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
     

   • 查看跟踪输出：

     cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
     

   • 停止跟踪：

     echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on
     

   • 清除跟踪缓冲区：

     echo > /sys/kernel/debug/tracing/trace
     

示例脚本

下面是一个简单的脚本示例，用于启用 ftrace 并捕获一些内核函数调用的跟踪信息：

#!/bin/bash# 挂载 debugfs
mount -t debugfs none /sys/kernel/debug# 选择 function tracer
echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer# 启用跟踪
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on# 运行一些命令以生成跟踪信息
ls / > /dev/null# 停止跟踪
echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on# 显示跟踪信息
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace# 清除跟踪缓冲区
echo > /sys/kernel/debug/tracing/trace

分析 ftrace 输出

当您执行 cat /sys/kernel/debug/tracing/trace 时，输出的格式通常如下：

# tracer: function
#
#           TASK-PID    CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
#              | |       |         |         |ls-2516    [000]    123.456789:  vfs_open <-do_sys_openls-2516    [000]    123.456799:  do_sys_open <-sys_openls-2516    [000]    123.456812:  sys_open <-__x64_sys_open

每行的信息如下：

1. TASK-PID：任务名和进程 ID。
2. CPU#：CPU 核心编号。
3. TIMESTAMP：时间戳，通常是自系统启动以来的秒数。
4. FUNCTION：调用的函数名，箭头 <- 后面的函数表示被调用者。

示例输出解释

以下是一个示例输出及其解释：

# tracer: function
#
#           TASK-PID    CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
#              | |       |         |         |ls-2516    [000]    123.456789:  vfs_open <-do_sys_openls-2516    [000]    123.456799:  do_sys_open <-sys_openls-2516    [000]    123.456812:  sys_open <-__x64_sys_open

• 第一行：

  • 任务名：ls
  • 进程 ID：2516
  • CPU 核心编号：0
  • 时间戳：123.456789
  • 函数调用：vfs_open 被 do_sys_open 调用

• 第二行：

  • 任务名：ls
  • 进程 ID：2516
  • CPU 核心编号：0
  • 时间戳：123.456799
  • 函数调用：do_sys_open 被 sys_open 调用

• 第三行：

  • 任务名：ls
  • 进程 ID：2516
  • CPU 核心编号：0
  • 时间戳：123.456812
  • 函数调用：sys_open 被 __x64_sys_open 调用

其他有用的文件

在 ftrace 的 debugfs 目录中，有一些其他有用的文件，可以帮助您更好地分析和控制跟踪：

• set_ftrace_filter：指定要跟踪的函数。
• set_ftrace_notrace：指定不需要跟踪的函数。
• trace_pipe：类似于 trace 文件，但可以实时输出跟踪信息，适用于流式处理。

进一步的分析工具

可以使用其他工具来更方便地分析 ftrace 的输出。例如：

• trace-cmd：一个强大的命令行工具，可以捕获和分析 ftrace 数据。
• kernelshark：一个图形化工具，可以更直观地分析 ftrace 输出。

示例脚本：使用 trace-cmd

#!/bin/bash# 开始记录跟踪数据
trace-cmd record -e sched_switch# 运行一些命令
ls /# 停止记录并显示跟踪数据
trace-cmd report

通过这些工具和方法，您可以更高效地分析内核函数调用，理解系统行为，并进行性能优化和调试。