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标题: ftrace 简介（1） [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-6-13 14:53 标题: ftrace 简介（1）

ftrace 简介ftrace 的作用是帮助开发人员了解 Linux 内核的运行时行为，以便进行故障调试或性能分析。
最早 ftrace 是一个 function tracer，仅能够记录内核的函数调用流程。如今 ftrace 已经成为一个 framework，采用 plugin 的方式支持开发人员添加更多种类的 trace 功能。
Ftrace 由 RedHat 的 Steve Rostedt 负责维护。到 2.6.30 为止，已经支持的 tracer 包括：
Function tracer 和 Function graph tracer: 跟踪函数调用。
Schedule switch tracer: 跟踪进程调度情况。
Wakeup tracer：跟踪进程的调度延迟，即高优先级进程从进入 ready 状态到获得 CPU 的延迟时间。该 tracer 只针对实时进程。
Irqsoff tracer：当中断被禁止时，系统无法相应外部事件，比如键盘和鼠标，时钟也无法产生 tick 中断。这意味着系统响应延迟，irqsoff 这个 tracer 能够跟踪并记录内核中哪些函数禁止了中断，对于其中中断禁止时间最长的，irqsoff 将在 log 文件的第一行标示出来，从而使开发人员可以迅速定位造成响应延迟的罪魁祸首。
Preemptoff tracer：和前一个 tracer 类似，preemptoff tracer 跟踪并记录禁止内核抢占的函数，并清晰地显示出禁止抢占时间最长的内核函数。
Preemptirqsoff tracer: 同上，跟踪和记录禁止中断或者禁止抢占的内核函数，以及禁止时间最长的函数。
Branch tracer: 跟踪内核程序中的 likely/unlikely 分支预测命中率情况。 Branch tracer 能够记录这些分支语句有多少次预测成功。从而为优化程序提供线索。
Hardware branch tracer：利用处理器的分支跟踪能力，实现硬件级别的指令跳转记录。在 x86 上，主要利用了 BTS 这个特性。
Initcall tracer：记录系统在 boot 阶段所调用的 init call 。
Mmiotrace tracer：记录 memory map IO 的相关信息。
Power tracer：记录系统电源管理相关的信息。
Sysprof tracer：缺省情况下，sysprof tracer 每隔 1 msec 对内核进行一次采样，记录函数调用和堆栈信息。
Kernel memory tracer: 内存 tracer 主要用来跟踪 slab allocator 的分配情况。包括 kfree，kmem_cache_alloc 等 API 的调用情况，用户程序可以根据 tracer 收集到的信息分析内部碎片情况，找出内存分配最频繁的代码片断，等等。
Workqueue statistical tracer：这是一个 statistic tracer，统计系统中所有的 workqueue 的工作情况，比如有多少个 work 被插入 workqueue，多少个已经被执行等。开发人员可以以此来决定具体的 workqueue 实现，比如是使用 single threaded workqueue 还是 per cpu workqueue.
Event tracer: 跟踪系统事件，比如 timer，系统调用，中断等。
这里还没有列出所有的 tracer，ftrace 是目前非常活跃的开发领域，新的 tracer 将不断被加入内核。
ftrace 与其他 trace 工具的关系和比较Ftrace 最初是在 2.6.27 中出现的，那个时候，systemTap 已经开始崭露头角，其他的 trace 工具包括 LTTng 等也已经发展多年。那为什么人们还要再开发一个 trace 工具呢？
SystemTap 项目是 Linux 社区对 SUN Dtrace 的反应，目标是达到甚至超越 Dtrace 。因此 SystemTap 设计比较复杂，Dtrace 作为 SUN 公司的一个项目开发了多年才最终稳定发布，况且得到了 Solaris 内核中每个子系统开发人员的大力支持。 SystemTap 想要赶超 Dtrace，困难不仅是一样，而且更大，因此她始终处在不断完善自身的状态下，在真正的产品环境，人们依然无法放心的使用她。不当的使用和 SystemTap 自身的不完善都有可能导致系统崩溃。
Ftrace 的设计目标简单，本质上是一种静态代码插装技术，不需要支持某种编程接口让用户自定义 trace 行为。静态代码插装技术更加可靠，不会因为用户的不当使用而导致内核崩溃。 ftrace 代码量很小，稳定可靠。实际上，即使是 Dtrace，大多数用户也只使用其静态 trace 功能。因此 ftrace 的设计非常务实。
从 2.6.30 开始，ftrace 支持 event tracer，其实现和功能与 LTTng 非常类似，或许将来 ftrace 会同 LTTng 进一步融合，各自取长补短。 ftrace 有定义良好的 ASCII 接口，可以直接阅读，这对于内核开发人员非常具有吸引力，因为只需内核代码加上 cat 命令就可以工作了，相当方便； LTTng 则采用 binary 接口，更利于专门工具分析使用。此外他们内部 ring buffer 的实现不相同，ftrace 对所有 tracer 都采用同一个 ring buffer，而 LTTng 则使用各自不同的 ring buffer 。
目前，或许将来 LTTng 都只能是内核主分支之外的工具。她主要受到嵌入式工程师的欢迎，而内核开发人员则更喜欢 ftrace 。
Ftrace 的实现依赖于其他很多内核特性，比如 tracepoint[3]，debugfs[2]，kprobe[4]，IRQ-Flags[5] 等。限于篇幅，关于这些技术的介绍请读者自行查阅相关的参考资料。

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