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宋宝华：关于Ftrace的一个完整案例

  • 2019 年 11 月 7 日
  • 筆記

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作者： 宋宝华

来源： 微信公众号linux阅码场(id: linuxdev)

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Ftrace简介

Ftrace是Linux进行代码级实践分析最有效的工具之一，比如我们进行一个系统调用，出来的时间过长，我们想知道时间花哪里去了，利用Ftrace就可以追踪到一级级的时间分布。

Ftrace案例

写一个proc模块，包含一个proc的读和写的入口。test_proc_show()故意调用了一个kill_time()的函数，而kill_time()的函数，又调用了mdelay(2)和kill_moretime()的函数，该函数体内调用mdelay(2)。

kill_time()的函数和kill_moretime()函数前面都加了noinline以避免被编译器inline优化掉。

#include <linux/module.h>  #include <linux/kernel.h>  #include <linux/init.h>  #include <linux/version.h>  #include <linux/proc_fs.h>  #include <linux/seq_file.h>  #include <linux/delay.h>  #include <linux/uaccess.h>  
  static unsigned int variable;  static struct proc_dir_entry *test_dir, *test_entry;  
  static noinline void kill_moretime(void)  {  mdelay(2);  }  
  static noinline void kill_time(void)  {  mdelay(2);  kill_moretime();  }  
  static int test_proc_show(struct seq_file *seq, void *v)  {  unsigned int *ptr_var = seq->private;  kill_time();  seq_printf(seq, "%un", *ptr_var);  return 0;  }  
  static ssize_t test_proc_write(struct file *file, const char __user *buffer,  size_t count, loff_t *ppos)  {  struct seq_file *seq = file->private_data;  unsigned int *ptr_var = seq->private;  int err;  char *kbuffer;  
          if (!buffer || count > PAGE_SIZE - 1)                  return -EINVAL;  
  kbuffer = (char *)__get_free_page(GFP_KERNEL);  if (!kbuffer)  return -ENOMEM;  
  err = -EFAULT;  if (copy_from_user(kbuffer, buffer, count))  goto out;  kbuffer[count] = '';  
  *ptr_var = simple_strtoul(kbuffer, NULL, 10);  return count;  
  out:  free_page((unsigned long)buffer);  return err;  }  
  static int test_proc_open(struct inode *inode, struct file *file)  {  return single_open(file, test_proc_show, PDE_DATA(inode));  }  
  static const struct file_operations test_proc_fops =  {  .owner = THIS_MODULE,  .open = test_proc_open,  .read = seq_read,  .write = test_proc_write,  .llseek = seq_lseek,  .release = single_release,  };  
  static __init int test_proc_init(void)  {  test_dir = proc_mkdir("test_dir", NULL);  if (test_dir) {  test_entry = proc_create_data("test_rw",0666, test_dir, &test_proc_fops, &variable);  if (test_entry)  return 0;  }  
  return -ENOMEM;  }  module_init(test_proc_init);  
  static __exit void test_proc_cleanup(void)  {  remove_proc_entry("test_rw", test_dir);  remove_proc_entry("test_dir", NULL);  }  module_exit(test_proc_cleanup);  
  MODULE_AUTHOR("Barry Song <baohua@kernel.org>");  MODULE_DESCRIPTION("proc exmaple");  MODULE_LICENSE("GPL v2");

模块对应的Makefile如下：

KVERS = $(shell uname -r)  
  # Kernel modules  obj-m += proc.o  
  # Specify flags for the module compilation.  #EXTRA_CFLAGS=-g -O0  
  build: kernel_modules  
  kernel_modules:  make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) modules  
  clean:  make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) clean

编译并且加载：

$ make  baohua@baohua-perf:~/develop/training/debug/ftrace/proc$   $ sudo insmod proc.ko  [sudo] password for baohua: 

之后/proc目录下/proc/test_dir/test_rw文件可被读写。

下面我们用Ftrace来跟踪test_proc_show()这个函数。

我们把启动ftrace的所有命令写到一个脚本function.sh里面：

#!/bin/bash  
  debugfs=/sys/kernel/debug  echo nop > $debugfs/tracing/current_tracer  echo 0 > $debugfs/tracing/tracing_on  echo $$ > $debugfs/tracing/set_ftrace_pid  echo function_graph > $debugfs/tracing/current_tracer  #replace test_proc_show by your function name  echo test_proc_show > $debugfs/tracing/set_graph_function  echo 1 > $debugfs/tracing/tracing_on  exec "$@"

然后用这个脚本去启动cat /proc/test_dir/test_rw，这样ftrace下面test_proc_show()函数就被trace了。

# ./function.sh cat /proc/test_dir/test_rw  0

读取trace的结果：

# cat /sys/kernel/debug/tracing/trace > 1

接着用vim打开这个文件1，发现这个文件有600多行：

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file

长到看不清！！

Ftrace结果怎么读？

Ftrace结果怎么读？答案非常简单：如果是叶子函数，就直接在这个函数的前面显示它占用的时间，如果是非叶子，要等到 }的时候，再显示时间，如下图：

file

延迟比较大的部分，会有+、#等特殊标号：

 '$' - greater than 1 second   '@' - greater than 100 milisecond   '*' - greater than 10 milisecond   '#' - greater than 1000 microsecond   '!' - greater than 100 microsecond   '+' - greater than 10 microsecond   ' ' - less than or equal to 10 microsecond.

## vim对Ftrace进行折叠
上面那个Ftrace文件太大了，大到看不清。我们可以用vim来折叠之，不过需要一个vim的特别配置，我把它存放在了我的~目录，名字叫.fungraph-vim：

" Enable folding for ftrace function_graph traces.  "  " To use, :source this file while viewing a function_graph trace, or use vim's  " -S option to load from the command-line together with a trace.  You can then  " use the usual vim fold commands, such as "za", to open and close nested  " functions.  While closed, a fold will show the total time taken for a call,  " as would normally appear on the line with the closing brace.  Folded  " functions will not include finish_task_switch(), so folding should remain  " relatively sane even through a context switch.  "  " Note that this will almost certainly only work well with a  " single-CPU trace (e.g. trace-cmd report --cpu 1).  
  function! FunctionGraphFoldExpr(lnum)    let line = getline(a:lnum)    if line[-1:] == '{'      if line =~ 'finish_task_switch() {$'        return '>1'      endif      return 'a1'    elseif line[-1:] == '}'      return 's1'    else      return '='    endif  endfunction  
  function! FunctionGraphFoldText()    let s = split(getline(v:foldstart), '|', 1)    if getline(v:foldend+1) =~ 'finish_task_switch() {$'      let s[2] = ' task switch  '    else      let e = split(getline(v:foldend), '|', 1)      let s[2] = e[2]    endif    return join(s, '|')  endfunction  
  setlocal foldexpr=FunctionGraphFoldExpr(v:lnum)  setlocal foldtext=FunctionGraphFoldText()  setlocal foldcolumn=12  setlocal foldmethod=expr

之后我们配置vim为这个模板来打开前面那个600多行的文件1:

vim -S ~/.fungraph-vim 1

这样我们看到的样子是：

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我们可以把光标移动到第5行，键盘敲打za，则展开为：

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继续展开第6行的kill_time()，按za:

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我们可以用z、a两个按键，搜索或者展开Ftrace的结果。

最后，https://github.com/brendangregg/perf-tools 对Ftrace的功能进行了很好的封装和集成，建议大家用perf-tools来使用Ftrace，则效果更佳更简单。

有空再聊perf-tools。

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