使用ftrace调试Linu内核第1部分计算机linuxUnix相关计算机linuxUnix相关.pdf

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1、ftrace 是内建于 Linux 内核的跟踪工具，从 2.6.27 开 始加入主流内核。使用 ftrace 可以调试或者分析内核中发生 的事情。ftrace 提供了不同的跟踪器，以用于不同的场合，比如跟踪内核函数调用、对上下文切换进行跟踪、查看中断 被关闭的时长、跟踪内核态中的延迟以及性能问题等。系统 开发人员可以使用 ftrace 对内核进行跟踪调试，以找到内核 中出现的问题的根源，方便对其进行修复。另外，对内核感 兴趣的读者还可以通过 ftrace 来观察内核中发生的活动，了 解内核的工作机制。让内核支持 ftrace 使用 ftrace，首先要 将其编译进内核。内核源码目录下的 ker

2、nel/trace/Makefile 文件给出了 ftrace 相关的编译选项。清单 1.ftrace 相关的 配置选项列表 CONFIG_FUNCTION_TRACER CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER CONFIG_CONTEXT_SWITCH_TRACER CONFIG_NOP_TRACER CONFIG_SCHED_TRACER.ftrace 相关的配置选项比较多，针对不同的跟踪器有各自 对应的配置选项。不同的选项有不同的依赖关系，内核源码 目录下的 kernel/trace/Kconfig 文件描述了这些依赖关系。读 者可以参考 Makefile 文件和 Ko

3、nfig 文件，然后选中自己所需要的跟踪器。通常在配置内核时，使用 make menuconfig 会更直观一些。以 2.6.33.1 版本的内核为例，要将 ftrace 编 译进内核，可以选中 Kernel hacking（图 1）下的 Tracers 菜单项（图 2）。图 1.Kernel hacking 图 2.Tracers 进入 Tracers 菜单下，可以看到内核支持的跟踪器列表。如图 3 所示，这里选中了所有的跟踪器，读者可以根据自己的需要 选中特定的跟踪器。图 3.内核支持的跟踪器列表这里要注 意，如果是在 32 位 x86 机器上，编译时不要选中 General setup

4、菜单项（图 4）下的 Optimize for size 选项（图 5），否则就无法看到图 3 中的 Kernel Function Graph Tracer 选 项。这是因为在 Konfig 文件中，针对 32 位 x86 机器，表 项 FUNCTION_GRAPH_TRACER 有一个特殊的依赖条件：depends on!X86_32|!CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE 图 4.General setup 图 5.Optimize for sizeftrace 通过 debugfs 向 用户态提供了访问接口，所以还需要将 debugfs 编译进内 核。激活对 debugfs 的支持

5、，可以直接编辑内核配置文 件.config，设置 CONFIG_DEBUG_FS=y；或者在 make menuconfig 时到 Kernel hacking 菜单下选中对 debugfs 文 件系统的支持，如图 6 所示。图 6.debugfs 编译选项配置 完成后，编译安装新内核，然后启动到新内核。注意，激 活 ftrace 支持后，编译内核时会使用编译器的-pg 选项，这是在 kernel/trace/Makefile 文件中定义的，如清单 2 所 示。清单 2.命对我们来说非常重要有许多没有安全意识的人失去了这生命例如闯红灯下楼梯奔跑过马路不走人行道等等当然也有许多发生在我们美丽的校

6、园中下面就让我来为大家讲两个有关校园的安全引发的事吧在年月的某一天某校中学生何师怒气冲冲地骂了他一顿并打了他两个耳光恰好是打在何某的左耳上致使何某左耳失聪后来陈老师赔偿了该同学的医药费年月早晨点分沁源县第二中学组织全校初二初三个班的多名学生来到汾屯公路上跑操学生们跑到汾屯公路公里一般突然碾压过来在一片惊呼和惨叫声中学生们纷纷倒地东风带挂车扫倒一大片学生后撞断路边的大树又驶上公路斜横在路上才停了下来当场有人死亡人受伤其中岁的班主任老师姜华也在此次事故中丧生死亡学生中年文章来源网络激活编译选项-pg ifdef CONFIG_FUNCTION_TRACER ORIG_CFLAGS:=$(KBUIL

7、D_CFLAGS)KBUILD_CFLAGS=$(subst-pg,$(ORIG_CFLAGS)endif.使用-pg 选项会在编译得到的内核映像中加入大量的调 试信息。一般情况下，只是在开发测试阶段激活 ftrace 支持，以调试内核，修复 bug。最终用于发行版的内核则会关闭-pg选项，也就无法使用 ftrace。回页首通过 debugfs访问 ftraceftrace 通过 debugfs 向用户态提供访问接口。配置内核 时激活 debugfs 后会创建目录/sys/kernel/debug，debugfs 文件系统就是挂载到该目录。要挂载该目录，需要将如下内 容添加到/etc/fsta

8、b 文件：debugfs /sys/kernel/debug debugfs defaults 0 0 或者可以在运行 时挂mount-t debugfs nodev/sys/kernel/debug 激活内核对 ftrace 的支持后会在 debugfs 下创建一个 tracing 目录/sys/kernel/debug/tracing。该目录 下包含了 ftrace 的控制和输出文件，如图 7 所示。根据编 译内核时针对 ftrace 的设定不同，该目录下实际显示的文件 和目录与这里也会不同。图 7.tracing 目录下的文件回页首 ftrace 的数据文件/sys/kernel/deb

9、ug/trace 目录下文件和目录 命对我们来说非常重要有许多没有安全意识的人失去了这生命例如闯红灯下楼梯奔跑过马路不走人行道等等当然也有许多发生在我们美丽的校园中下面就让我来为大家讲两个有关校园的安全引发的事吧在年月的某一天某校中学生何师怒气冲冲地骂了他一顿并打了他两个耳光恰好是打在何某的左耳上致使何某左耳失聪后来陈老师赔偿了该同学的医药费年月早晨点分沁源县第二中学组织全校初二初三个班的多名学生来到汾屯公路上跑操学生们跑到汾屯公路公里一般突然碾压过来在一片惊呼和惨叫声中学生们纷纷倒地东风带挂车扫倒一大片学生后撞断路边的大树又驶上公路斜横在路上才停了下来当场有人死亡人受伤其中岁的班主任老师姜华

10、也在此次事故中丧生死亡学生中年文章来源网络比较多，有些是各种跟踪器共享使用的，有些是特定于某个 跟踪器使用的。在操作这些数据文件时，通常使用 echo 命 令来修改其值，也可以在程序中通过文件读写相关的函数来 操作这些文件的值。下面只对部分文件进行描述，读者可以 参考内核源码包中 Documentation/trace 目录下的文档以及 kernel/trace 下的源文件以了解其余文件的用途。README 文件提供了一个简短的使用说明，展示了 ftrace 的操作命令 序列。可以通过 cat 命令查看该文件以了解概要的操作流 程。current_tracer 用于设置或显示当前使用的跟踪器；

11、使用 echo 将跟踪器名字写入该文件可以切换到不同的跟踪器。系 统启动后，其缺省值为 nop，即不做任何跟踪操作。在执 行完一段跟踪任务后，可以通过向该文件写入 nop 来重置 跟踪器。available_tracers 记录了当前编译进内核的跟踪器的 列表，可以通过 cat 查看其内容；其包含的跟踪器与图 3 中 所激活的选项是对应的。写 current_tracer 文件时用到的跟 踪器名字必须在该文件列出的跟踪器名字列表中。trace 文件 提供了查看获取到的跟踪信息的接口。可以通过 cat 等命令 查看该文件以查看跟踪到的内核活动记录，也可以将其内容 保存为记录文件以备后续查看。tr

12、acing_enabled 用于控制 current_tracer 中的跟踪器是否可以跟踪内核函数的调用情 况。写入 0 会关闭跟踪活动，写入 1 则激活跟踪功能；其 缺省值为 1。set_graph_function 设置要清晰显示调用关系 的函数，显示的信息结构类似于 C 语言代码，这样在分析 内核运作流程时会更加直观一些。在使用 function_graph 跟 踪器时使用；缺省为对所有函数都生成调用关系序列，可以 通过写该文件来指定需要特别关注的函数。buffer_size_kb 用 于设置单个 CPU 所使用的跟踪缓存的大小。跟踪器会将跟 踪到的信息写入缓存，每个 CPU 的跟踪缓存

13、是一样大的。跟踪缓存实现为环形缓冲区的形式，如果跟踪到的信息太 多，则旧的信息会被新的跟踪信息覆盖掉。注意，要更改该 文件的值需要先将 current_tracer 设置为 nop 才可以。tracing_on 用于控制跟踪的暂停。有时候在观察到某些事件 时想暂时关闭跟踪，可以将 0 写入该文件以停止跟踪，这 样跟踪缓冲区中比较新的部分是与所关注的事件相关的；写 入 1 可以继续跟踪。命对我们来说非常重要有许多没有安全意识的人失去了这生命例如闯红灯下楼梯奔跑过马路不走人行道等等当然也有许多发生在我们美丽的校园中下面就让我来为大家讲两个有关校园的安全引发的事吧在年月的某一天某校中学生何师怒气冲冲

14、地骂了他一顿并打了他两个耳光恰好是打在何某的左耳上致使何某左耳失聪后来陈老师赔偿了该同学的医药费年月早晨点分沁源县第二中学组织全校初二初三个班的多名学生来到汾屯公路上跑操学生们跑到汾屯公路公里一般突然碾压过来在一片惊呼和惨叫声中学生们纷纷倒地东风带挂车扫倒一大片学生后撞断路边的大树又驶上公路斜横在路上才停了下来当场有人死亡人受伤其中岁的班主任老师姜华也在此次事故中丧生死亡学生中年文章来源网络available_filter_functions 记录了当前 可以跟踪的内核函数。对于不在该文件中列出的函数，无法 跟踪其活动。set_ftrace_filter 和 set_ftrace_notrac

15、e 在编译内 核时配置了动态 ftrace（选中 CONFIG_DYNAMIC_FTRACE 选项）后使用。前者用于显 示指定要跟踪的函数，后者则作用相反，用于指定不跟踪的 函数。如果一个函数名同时出现在这两个文件中，则这个函 数的执行状况不会被跟踪。这些文件还支持简单形式的含有 通配符的表达式，这样可以用一个表达式一次指定多个目标 函数；具体使用在后续文章中会有描述。注意，要写入这两 个文件的函数名必须可以在文件 available_filter_functions 中看到。缺省为可以跟踪所有内核函数，文件 set_ftrace_notrace 的值则为空。回页首 ftrace 跟踪器 ft

16、race 当前包含多个跟踪器，用于跟踪不同类型的信息，比如进程 调度、中断关闭等。可以查看文件 available_tracers 获取内 核当前支持的跟踪器列表。在编译内核时，也可以看到内核 支持的跟踪器对应的选项，如之前图 3 所示。nop 跟踪器不 会跟踪任何内核活动，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。function 跟踪器可以跟踪内核函数的执 行情况；可以通过文件 set_ftrace_filter 显示指定要跟踪的函 数。function_graph 跟踪器可以显示类似 C 源码的

17、函数调用 关系图，这样查看起来比较直观一些；可以通过文件 set_grapch_function 显示指定要生成调用流程图的函数。sched_switch 跟踪器可以对内核中的进程调度活动进行跟 踪。irqsoff 跟踪器和 preemptoff 跟踪器分别跟踪关闭中断 的代码和禁止进程抢占的代码，并记录关闭的最大时长，preemptirqsoff 跟踪器则可以看做它们的组合。ftrace 还支持 其它一些跟踪器，比如 initcall、ksym_tracer、mmiotrace、sysprof 等。ftrace 框架支持扩展添加新的跟踪器。读者可以 参考内核源码包中 Documentatio

18、n/trace 目录下的文档以及 kernel/trace 下的源文件，以了解其它跟踪器的用途和如何添 加新的跟踪器。回页首小结本系列文章对 ftrace 的配置和使 用进行了介绍。本文是其中的第一部分，介绍了 ftrace 的编 译配置、用户态访问 ftrace 的接口和 ftrace 的数据文件，并对 ftrace 命对我们来说非常重要有许多没有安全意识的人失去了这生命例如闯红灯下楼梯奔跑过马路不走人行道等等当然也有许多发生在我们美丽的校园中下面就让我来为大家讲两个有关校园的安全引发的事吧在年月的某一天某校中学生何师怒气冲冲地骂了他一顿并打了他两个耳光恰好是打在何某的左耳上致使何某左耳失聪

19、后来陈老师赔偿了该同学的医药费年月早晨点分沁源县第二中学组织全校初二初三个班的多名学生来到汾屯公路上跑操学生们跑到汾屯公路公里一般突然碾压过来在一片惊呼和惨叫声中学生们纷纷倒地东风带挂车扫倒一大片学生后撞断路边的大树又驶上公路斜横在路上才停了下来当场有人死亡人受伤其中岁的班主任老师姜华也在此次事故中丧生死亡学生中年文章来源网络所提供的部分跟踪器的用途进行了描述。由于篇 幅的限制，本文没有对 ftrace 的具体使用和如何在代码中与 ftrace 进行交互进行描述，这些内容将分别在本系列文章的 后续篇章中给出。参考资料 查看内核文档 Documentation/trace/ftrace.txt

20、了解 ftrace。LWN 上 ftrace 相 关的文章。查看内核文档 README 了解如何编译内核。查 看内核文档目录 Documentation/kbuild/下的文档了解 Kconfig 和 kbuild。查看内核目录 kernel/trace 下的 Makefile 文件和 Kconfig 文件了解 ftrace 相关编译选项。在 developerWorks Linux 专区 寻找为 Linux 开发人员（包括 Linux 新手入门）准备的更多参考资料，查阅我们 最受欢迎 的文章和教程。在 developerWorks 上查阅所有 Linux 技 巧 和 Linux 教程。命对我

21、们来说非常重要有许多没有安全意识的人失去了这生命例如闯红灯下楼梯奔跑过马路不走人行道等等当然也有许多发生在我们美丽的校园中下面就让我来为大家讲两个有关校园的安全引发的事吧在年月的某一天某校中学生何师怒气冲冲地骂了他一顿并打了他两个耳光恰好是打在何某的左耳上致使何某左耳失聪后来陈老师赔偿了该同学的医药费年月早晨点分沁源县第二中学组织全校初二初三个班的多名学生来到汾屯公路上跑操学生们跑到汾屯公路公里一般突然碾压过来在一片惊呼和惨叫声中学生们纷纷倒地东风带挂车扫倒一大片学生后撞断路边的大树又驶上公路斜横在路上才停了下来当场有人死亡人受伤其中岁的班主任老师姜华也在此次事故中丧生死亡学生中年文章来源网络