【除錯】ftrace(一)基本使用方法

嵌入式與Linux那些事發表於2023-03-03

除錯

簡介

Ftrace是Linux Kernel的官方tracing系統，支援Function trace、靜態tracepoint、動態Tracepoint的跟蹤，還提供各種Tracer，用於統計最大irq延遲、最大函式呼叫棧大小、排程事件等。

Ftrace還提供了強大的過濾、快照snapshot、例項（instance）等功能，可以靈活配置。

核心配置Ftrace後，如果功能不開啟，對效能幾乎沒有影響。開啟事件記錄後，由於是在percpu buffer中記錄log，各CPU無需同步，引入的負載不大，非常適合在效能敏感的場景中使用。

相比kernle的log_buf和dynamic_debug機制，Ftrace的buffer大小可以靈活配置，可以生成快照，也有一定的優勢。

ftrace 框架

整個ftrace框架可以分為幾部分：ftrace核心框架，RingBuffer，debugfs，Tracepoint，各種Tracer。

ftrace框架是整個ftrace功能的紐帶，包括對核心的修改，Tracer的註冊，RingBuffer的控制等等。

RingBuffer是靜態動態ftrace的載體。

debugfs則提供了使用者空間對ftrace設定介面。

Tracepoint是靜態trace，他需要提前編譯進核心;可以定製列印內容，自由新增;並且核心對主要subsystem提供了Tracepoint。

Tracer有很多種，主要幾大類：

函式類：function， function_graph， stack

延時類：irqsoff， preemptoff， preemptirqsoff， wakeup， wakeup_rt， waktup_dl

其他類：nop， mmiotrace， blk

Trace檔案系統

配置核心支援ftrace需要開啟以下宏定義。

CONFIG_FTRACE=y
CONFIG_STACK_TRACER=y
CONFIG_FUNCTION_TRACER=y
CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER=y
CONFIG_HAVE_DYNAMIC_FTRACE=y
CONFIG_HAVE_FUNCTION_TRACER=y
CONFIG_IRQSOFF_TRACER=y
CONFIG_SCHED_TRACER=y
CONFIG_FTRACE_SYSCALLS=y
CONFIG_PREEMPTIRQ_EVENTS=y
CONFIG_TRACER_SNAPSHOT=y

Ftrace使用tracefs檔案系統去儲存控制檔案和顯示輸出的檔案。

當tracefs被配置進核心時，目錄/sys/kernel/tracing將會被建立。為了掛載這個目錄，你可以在/etc/fstab檔案中新增以下資訊:

tracefs       /sys/kernel/tracing       tracefs defaults        0       0

或者在執行時掛在:

mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing

為了快速訪問這個目錄可以建立一個軟連結::

ln -s /sys/kernel/tracing /tracing

注意：

在4.1版本之前，所有的ftrace跟蹤控制檔案都在debugfs檔案系統中，該檔案系統通常位於/sys/kernel/debug/tracing。為了向後相容，當掛載debugfs檔案系統時，tracefs檔案系統將自動掛載在/sys/kernel/debug/tracing。位於tracefs檔案系統中的所有檔案也將位於debugfs檔案系統目錄中。
任何選定的ftrace選項也將建立tracefs檔案系統。文件中的操作都在ftrace的目錄中（/sys/kernel/tracing或者/sys/kernel/debug/tracing）。

在mount tracefs後，即可訪問ftrace的控制和輸出檔案。以下是一些關鍵檔案的列表:

root@firefly:/sys/kernel/debug/tracing# ls
README                      kprobe_profile       set_graph_function
available_events            max_graph_depth      set_graph_notrace
available_filter_functions  options              snapshot
available_tracers           per_cpu              trace
buffer_size_kb              printk_formats       trace_clock
buffer_total_size_kb        saved_cmdlines       trace_marker
current_tracer              saved_cmdlines_size  trace_options
dyn_ftrace_total_info       saved_tgids          trace_pipe
enabled_functions           set_event            tracing_cpumask
events                      set_event_pid        tracing_max_latency
free_buffer                 set_ftrace_filter    tracing_on
instances                   set_ftrace_notrace   tracing_thresh
kprobe_events               set_ftrace_pid

available_events

用於設定或顯示當前使用的跟蹤器；使用 echo 將跟蹤器名字寫入該檔案可以切換到不同的跟蹤器。系統啟動後，其預設值為 nop ，即不做任何跟蹤操作。在執行完一段跟蹤任務後，可以透過向該檔案寫入 nop 來重置跟蹤器。

available_filter_functions

記錄了當前可以跟蹤的核心函式。對於不在該檔案中列出的函式，無法跟蹤其活動。

available_tracers

記錄了當前編譯進核心的跟蹤器的列表，可以透過 cat 檢視其內容；寫 current_tracer 檔案時用到的跟蹤器名字必須在該檔案列出的跟蹤器名字列表中。

buffer_size_kb

用於設定單個 CPU 所使用的跟蹤快取的大小。跟蹤器會將跟蹤到的資訊寫入快取，每個 CPU 的跟蹤快取是一樣大的。跟蹤快取實現為環形緩衝區的形式，如果跟蹤到的資訊太多，則舊的資訊會被新的跟蹤資訊覆蓋掉。注意，要更改該檔案的值需要先將 current_tracer 設定為 nop 才可以。

buffer_total_size_kb

顯示所有的跟蹤快取大小，不同之處在於buffer_size_kb是單個CPU的，buffer_total_size_kb是所有CPU的和。

trace_pipe

輸出和trace一樣的內容，輸出實時tracing日誌，這樣就避免了RingBuffer的溢位。cat trace_pipe > trace.txt &儲存檔案，但是cat時候會帶來一些效能損耗。

trace_options

控制Trace列印內容格式或者設定跟蹤器，可以透過trace_options新增很多附加資訊。

current_tracer

設定和顯示當前正在使用的跟蹤器。使用echo命令可以把跟蹤器的名字寫入current_tracer檔案，從而切換不同的跟蹤器。

dyn_ftrace_total_info

debug使用，顯示available_filter_functins中跟中函式的數目，兩者一致。

enabled_functions

顯示有回撥附著的函式名稱。這個檔案更多的是用於除錯ftrace，但也可以用於檢視是否有任何函式附加了回撥。不僅ftrace框架使用ftrace函式tracing，其他子系統也可能使用。該檔案顯示所有附加回撥的函式，以及附加回撥的數量。注意，一個回撥也可以呼叫多個函式，這些函式不會在這個計數中列出。

如果回撥被一個帶有"save regs"屬性的函式註冊tracing（這樣開銷更大），一個’R’將顯示在與返回暫存器的函式的同一行上。

如果回撥被一個帶有"ip modify"屬性的函式註冊tracing（這樣regs->ip就可以被修改），'I’將顯示在可以被覆蓋的函式的同一行上。

如果體系架構支援，它還將顯示函式直接呼叫的回撥。如果計數大於1，則很可能是ftrace_ops_list_func()。

如果函式的回撥跳轉到特定於回撥而不是標準的"跳轉點"的跳轉點，它的地址將和跳轉點呼叫的函式一起列印。

events

系統Trace events目錄，在每個events下面都有enable、filter和fotmat。enable是開關；format是events的格式，然後根據格式設定 filter。

free_buffer

在關閉該檔案時，ring buffer將被調整為其最小大小。如果有一個tracing的程式也開啟了這個檔案，當該程式退出，該檔案的描述符將被關閉，在此過程，ring bufer也將被"freed"。

如果options/disable_on_free選項被設定將會停止tracing。

kprobe_events

啟用 dynamic trace opoints。參考核心文件Documentation/trace/kprobetrace.rst。

kprobe_profile

Dynamic trace points 統計資訊。參考核心文件Documentation/trace/kprobetrace.rst。

max_graph_depth

被用於function_graph tracer。這是tracing一個函式的最大深度。將其設定為1將只顯示從使用者空間呼叫的第一個核心函式。

options

目錄檔案，裡面是每個trace options的檔案，和trace_options對應，可以透過echo 0/1使能options。

per_cpu：包含跟蹤 per_cpu 資訊的目錄。

per_cpu/cpu0/buffer_size_kb:配置per_cpu的buffer空間
per_cpu/cpu0/trace:當前CPU的trace檔案。
per_cpu/cpu0/trace_pipe:當前CPU的trace_pipe檔案。
per_cpu/cpu0/trace_pipe_raw:當前CPU的trace_pipe_raw
per_cpu/cpu0/snapshot:當前CPU的snapshot
per_cpu/cpu0/snapshot_raw:當前CPU的snapshot_raw
per_cpu/cpu0/stats:當前CPU的trace統計資訊

printk_formats

提供給工具讀取原始格式trace的檔案。如果環形緩衝區中的事件引用了一個字串，則只有指向該字串的指標被記錄到緩衝區中，而不是字串本身。這可以防止工具知道該字串是什麼。該檔案顯示字串和字串的地址，允許工具將指標對映到字串的內容。

saved_cmdlines

ftrace會存放pid的comms在一個pid mappings，在顯示event時候同時顯示comm，這裡可以配置pid對應的comm，如果配置，顯示類似<idle>-0，否則<...>-0。

saved_cmdlines_size

saved_cmdlines的數目，預設為128

saved_tgids

如果設定了選項“record-tgid”，則在每個排程上下文切換時，任務的任務組 ID 將儲存在將執行緒的 PID 對映到其 TGID 的表中。預設情況下，“record-tgid”選項被禁用。

set_event

也可以在系統特定事件觸發的時候開啟跟蹤。為了啟用某個事件，你需要：echo sys_enter_nice >> set_event（注意你是將事件的名字追加到檔案中去，使用>>追加定向器，不是>）。要禁用某個事件，需要在名字前加上一個“!”號：echo '!sys_enter_nice' >> set_event。以下三種方式都可以啟用事件

 echo sched:sched_switch >> /debug/tracing/set_event 
 echo sched_switch >> /debug/tracing/set_event 
 echo 1 > /debug/tracing/events/sched/sched_switch/enable

set_event_pid

tracer將只追蹤寫入此檔案PID的對應程式的event。"event-fork" option設定後，pid對應程式建立的子程式event也會自動跟蹤。

set_ftrace_filter 和 set_ftrace_notrace

在編譯核心時配置了動態 ftrace （選中 CONFIG_DYNAMIC_FTRACE 選項）後使用。前者用於顯示指定要跟蹤的函式，後者則作用相反，用於指定不跟蹤的函式。如果一個函式名同時出現在這兩個檔案中，則這個函式的執行狀況不會被跟蹤。這些檔案還支援簡單形式的含有萬用字元的表示式，這樣可以用一個表示式一次指定多個目標函式；注意，要寫入這兩個檔案的函式名必須可以在檔案 available_filter_functions 中看到。預設為可以跟蹤所有核心函式，檔案 set_ftrace_notrace 的值則為空。甚至可以對函式的名字使用萬用字元。例如，要用所有的vmalloc_函式，透過echo vmalloc_* > set_ftrace_filter進行設定。

set_ftrace_pid

tracer將只追蹤寫入此檔案PID的對應的程式。"function-fork" option設定後，pid對應程式建立的子程式也會自動跟蹤。

set_graph_function

設定要清晰顯示呼叫關係的函式，顯示的資訊結構類似於 C 語言程式碼，這樣在分析核心運作流程時會更加直觀一些。在使用 function_graph 跟蹤器時使用；預設為對所有函式都生成呼叫關係序列，可以透過寫該檔案來指定需要特別關注的函式。

echo function_graph > current_tracer 
echo __do_fault > set_graph_function //跟蹤__do_fault

snapshot

是對trace的snapshot。

echo 0清空快取，並釋放對應記憶體。
echo 1進行對當前trace進行snapshot，如沒有記憶體則分配。
echo 2清空快取，不釋放也不分配記憶體。

trace

檔案提供了檢視獲取到的跟蹤資訊的介面。可以透過 cat 等命令檢視該檔案以檢視跟蹤到的核心活動記錄，也可以將其內容儲存為記錄檔案以備後續檢視。

trace_clock

每當一個事件被記錄到環形緩衝區中時，都會新增一個“時間戳”。此標記來自指定的時鐘。預設情況下，ftrace 使用“本地”時鐘。本地時鐘可能與其他 CPU 上的本地時鐘不同步。

local:預設時鐘，在每CPU中快速且精準，但是可能不會在各個CPU之間同步；
global:各CPU間同步，但是比local慢；
counter:並不是時鐘，而是一個原子計數器。數值一直+1，但是所有cpu是同步的。主要用處是分析不同cpu發生的events
uptime:time stamp和jiffies counter根據boot time；
perf:clock跟perf使用一致。
x86-tsc:非系統自己時鐘。比如x86有TSC cycle clock；
ppc-tb:使用powerpc的基礎時鐘暫存器值；
mono:使用fast monotonic clock (CLOCK_MONOTONIC)
mono_raw:使用raw monotonic clock (CLOCK_MONOTONIC_RAW)
boot:使用boot clock (CLOCK_BOOTTIME)。

trace_marker

用於將使用者空間與核心空間中發生的事件同步。將字串寫入該檔案將被寫入ftrace緩衝區。

在應用程式中，應用程式開始開啟這個檔案並引用檔案描述符::

void trace_write(const char *fmt, ...)
{
	va_list ap;
	char buf[256];
	int n;

	if (trace_fd < 0)
		return;

	va_start(ap, fmt);
	n = vsnprintf(buf, 256, fmt, ap);
	va_end(ap);

	write(trace_fd, buf, n);
}

開始:

trace_fd = open("trace_marker", WR_ONLY);

注意：寫入trace_marker檔案也可以觸發寫入/sys/kernel/tracing/events/ftrace/print/trigger的觸發器。詳細看核心文件Documentation/trace/histogram.rst (Section 3.)。

trace_options

此檔案允許使用者控制在上述輸出檔案之一中顯示的資料量。還存在用於修改跟蹤器或事件的工作方式（堆疊跟蹤、時間戳等）的選項。

trace_pipe:"trace_pipe"輸出與"trace"檔案相同的內容，但是對跟蹤的影響不同。每次從"trace_pipe"讀取都會被消耗。這意味著後續的讀取將有所不同。跟蹤是動態的:

  # echo function > current_tracer
  # cat trace_pipe > /tmp/trace.out &
  [1] 4153
  # echo 1 > tracing_on
  # usleep 1
  # echo 0 > tracing_on
  # cat trace
  # tracer: function
  #
  # entries-in-buffer/entries-written: 0/0   #P:4
  #
  #                              _-----=> irqs-off
  #                             / _----=> need-resched
  #                            | / _---=> hardirq/softirq
  #                            || / _--=> preempt-depth
  #                            ||| /     delay
  #           TASK-PID   CPU#  ||||    TIMESTAMP  FUNCTION
  #              | |       |   ||||       |         |

  #
  # cat /tmp/trace.out
             bash-1994  [000] ....  5281.568961: mutex_unlock <-rb_simple_write
             bash-1994  [000] ....  5281.568963: __mutex_unlock_slowpath <-mutex_unlock
             bash-1994  [000] ....  5281.568963: __fsnotify_parent <-fsnotify_modify
             bash-1994  [000] ....  5281.568964: fsnotify <-fsnotify_modify
             bash-1994  [000] ....  5281.568964: __srcu_read_lock <-fsnotify
             bash-1994  [000] ....  5281.568964: add_preempt_count <-__srcu_read_lock
             bash-1994  [000] ...1  5281.568965: sub_preempt_count <-__srcu_read_lock
             bash-1994  [000] ....  5281.568965: __srcu_read_unlock <-fsnotify
             bash-1994  [000] ....  5281.568967: sys_dup2 <-system_call_fastpath

注意，讀取"trace_pipe"檔案將會阻塞，直到新增更多輸入。這與"trace"檔案相反。如果任何程式開啟"trace"檔案進行讀取，它實際上將禁用tracing並阻止新增新條目。"trace_pipe"檔案沒有這個限制。

tracing_cpumask

可以透過此檔案設定跟蹤指定CPU，二進位制格式。

tracing_max_latency

記錄某些Tracer的最大延時。比如interrupts的最大延時關閉後，會記錄在這裡。可以echo值到此檔案，然後遇到比設定值更大的延遲才會更新。

tracing_on

用於控制跟蹤的暫停。有時候在觀察到某些事件時想暫時關閉跟蹤，可以將 0 寫入該檔案以停止跟蹤，這樣跟蹤緩衝區中比較新的部分是與所關注的事件相關的；寫入 1 可以繼續跟蹤。

tracing_thresh

延時記錄Trace的閾值，當延時超過此值時才開始記錄Trace。單位是ms，只有非0才起作用。

跟蹤器使用方法

blk跟蹤器

blktrace應用程式使用的跟蹤程式。

blk tracer比較特別，需要設定/sys/block/xxx/trace/enable 才工作，可參考https://lwn.net/Articles/315508/

echo 1 >  /sys/block/mmcblk0/trace/enable 
echo blk > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer 
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
# tracer: blk
#
 jbd2/mmcblk0p9--1100  [001] ...1   679.901410: 179,0    A  WS 323710 + 8 <- (179,9) 265048
 jbd2/mmcblk0p9--1100  [001] ...1   679.901428: 179,0    Q  WS 323710 + 8 [jbd2/mmcblk0p9-]
 jbd2/mmcblk0p9--1100  [001] ...1   679.901469: 179,0    G  WS 323710 + 8 [jbd2/mmcblk0p9-]
 jbd2/mmcblk0p9--1100  [001] ...1   679.901474: 179,0    P   N [jbd2/mmcblk0p9-]
 jbd2/mmcblk0p9--1100  [001] ...1   679.901491: 179,0    A  WS 323718 + 8 <- (179,9) 265056
         mmcqd/0-998   [000] ...1   679.901627: 179,0    m   N cfq1100SN dispatch_insert
         mmcqd/0-998   [000] ...1   679.901635: 179,0    m   N cfq1100SN dispatched a request
         mmcqd/0-998   [000] ...1   679.901641: 179,0    m   N cfq1100SN activate rq, drv=1
         mmcqd/0-998   [000] ...2   679.901645: 179,0    D  WS 323710 + 16 [mmcqd/0]
         mmcqd/0-998   [000] ...1   679.902979: 179,0    C  WS 323710 + 16 [0]

function跟蹤器

追蹤所有的核心函式

檢視可追蹤的核心函式

root@firefly:~# cd /sys/kernel/debug/tracing/
root@firefly:/sys/kernel/debug/tracing# cat  available_filter_functions

顯示和配置當前的tracer

cat available_tracers
blk function_graph wakeup_dl wakeup_rt wakeup irqsoff function nop
cat current_tracer 
nop
echo  function  > current_tracer 
echo do_sys_open > set_ftrace_filter
echo 1 > tracing_on
echo 0 > tracing_on
cat trace
echo  nop  > current_tracer
echo  > set_ftrace_filter

輸出

11/11

跟蹤條目11個

#P16

表示當前系統可用的CPU有16個

TASK-PID

程式名字-PID

CPU#

程式執行在那個CPU上

irqs-off

中斷開關狀態

need-resched

可以設定為以下值

N：表示程式設定了TIF_NEED_RESCHED和PREEMPT_NEED_RESCHED標誌位，說明需要被排程。
n：表示程式僅設定了TIF_NEED_RESCHED標誌
p：表示程式僅設定了PREEMPT_NEED_RESCHED標誌
.：表示不需要排程

hardirq/softirq

可以設定為以下值

H：表示在一次軟中斷中發生了硬體中斷
h：表示硬體中斷的發生
s：表示軟體中斷的發生
.：表示沒有中斷髮生

preempt-depth

表示搶佔關閉的巢狀層級

delay

用特殊符號表示延時時間

$：大於1s
@：大於100ms
*：大於10ms
：大於1000us
！：大於100us
+：大於10us

TIMESTATION

時間戳。如果開啟了latency-format選項，表示相對時間，即從開始跟蹤算起。否則，使用絕對時間。

FUNCTION

表示函式名稱

function_graph跟蹤器

和“function tracer”比較類似，但它除了探測函式的入口還探測函式的出口。它可以畫出一個圖形化的函式呼叫，類似於c原始碼風格。

echo  function_graph  > current_tracer 
echo do_sys_open > set_graph_function
echo 1 > tracing_on
echo 0 > tracing_on
cat trace
echo  nop  > current_tracer
echo  > set_graph_function

function_graph 和function跟蹤器在Linux version 4.4.194的開發板上發現無法生效，給set_graph_function echo 特定函式後，仍會跟蹤所有函式。但是在Linux version 5.4.0-135 ubuntu18.04中是生效的。不知道是不是核心版本差異的原因？

irqsoff跟蹤器

當關閉中斷時，CPU 會延遲對裝置的狀態變化做出反應，有時候這樣做會對系統效能造成比較大的影響。

irqsoff 跟蹤器可以對中斷被關閉的狀況進行跟蹤，有助於發現導致較大延遲的程式碼；

當出現最大延遲時，跟蹤器會記錄導致延遲的跟蹤資訊，檔案 tracing_max_latency 則記錄中斷被關閉的最大延時，遇到比設定值更大的延遲才會更新。

echo irqsoff > current_tracer
echo 0   > tracing_max_latency
echo 1 >tracing_on
echo 0 >tracing_on
cat  trace

latency表示當前最大的中斷延時為372us，跟蹤條目總和為4個。

started at 和 ended at 顯示發生中斷的開始函式和結束函式分別為run_timer_softirq。

latency顯示中斷延時為372us，但是在stack trace 顯示為306us，這是因為在記錄最大延遲資訊時需要花費一些時間。

其他引數說明可參考function跟蹤器。

wakeup/wakeup_rt/wakeup_dl跟蹤器

wakeup：顯示程式從woken到wake up的延時，包括所有程式。

wakeup_dl：顯示SCHED_DEADLINE型別排程延時。

wakeup_rt：顯示實時程式的排程延時。

echo wakeup > current_tracer
echo 0 > tracing_max_latency
echo 1 > tracing_on
echo 0 > tracing_on
cat  trace

stack跟蹤器

核心棧大小是有限的，為了跟蹤核心棧的使用情況，可以使用ftrace stack trace。

使能跟蹤一段時間後，可以檢視最大棧佔用情況，stack_max_size這裡列印的是最長棧的size。而在stack_trace 中列印的是最長棧的每個函式佔用棧大小的情況，注意這裡也只會記錄的最長的棧情況。

echo stack > current_tracer
echo do_sys_open > stack_trace_filter
echo 1  >  /proc/sys/kernel/stack_tracer_enabled
echo 0 >  /proc/sys/kernel/stack_tracer_enabled
cat stack_max_size
cat stack_trace

488 表示堆疊大小為488位元組，其中el0_svc_naked使用了最大的棧空間360。

小結

總結下ftrace 跟蹤器的三步法為：1，設定tracer型別；2，設定tracer引數；3，使能tracer

trace event 用法

ftrace中的跟蹤機制主要有兩種，分別是函式和跟蹤點。前者屬於簡單操作，後者可以理解為Linux核心的佔位符函式。

tracepoint可以輸出開發者想要的引數、區域性變數等資訊。

跟蹤點的位置比較固定，一般為核心開發者新增，可以理解為C語言中的#if DEBUG部分。如果執行時不開啟DEBUG，不佔用任何系統開銷。

trace event使用方法

set_event介面

/sys/kernel/debug/tracing/available_events定義了當前支援的trace event。

root@firefly:/sys/kernel/debug/tracing# cat available_events
raw_syscalls:sys_exit
raw_syscalls:sys_enter
ipi:ipi_exit
ipi:ipi_entry
ipi:ipi_raise
emulation:instruction_emulation
kvm:kvm_halt_poll_ns
kvm:kvm_age_page
kvm:kvm_fpu
kvm:kvm_mmio
kvm:kvm_ack_irq
kvm:kvm_set_irq
kvm:kvm_vcpu_wakeup
kvm:kvm_userspace_exit
kvm:kvm_toggle_cache
.....

啟用特定event，如sched_wakeup，echo到 /sys/kernel/debug/tracing/set_event。例如：

echo sched_wakeup >>  /sys/kernel/debug/tracing/set_event

注意：需要使用>>，否則會首先disable所有的events。

關閉特定event，在echo event name到set_event之前設定一個！字首，比如

echo '!sched_wakeup' >> /sys/kernel/debug/tracing/set_event

使能所有event，echo *:* or *:到set_event中：

echo *:* > set_event

關閉所有event，echo一個空行到set_event中

echo > set_event

events 通常以subsystems的形式展現，例如ext4, irq, sched等等。一個完整的event name類似nfs4:nfs4_access:format。

subsystem name是可選的，但是它會顯示在available_events檔案中。一個subsystem中所有的events可以透過 :*語法來表示，

例如：enable所有的irq event：

echo 'irq:*' > set_event

enable介面

所有有效的trace event同時會在/sys/kernel/debug/tracing/events/資料夾中列出。

enable event ‘sched_wakeup’:

echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/enable

disable:

echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/enable

enable sched subsystem中所有的events：

echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/enable

enable所有的events：

echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/enable

當讀enable檔案時，可能會有以下4種結果：

0 - all events this file affects are disabled
1 - all events this file affects are enabled
X - there is a mixture of events enabled and disabled
? - this file does not affect any event

為了早期啟動時除錯，可以使用以下boot選項：
trace_event=[event-list]
event-list是逗號分隔的event列表。

event格式

每個trace event都有一個與它相關聯的format檔案，該檔案包含log event中每個欄位的描述。這個資訊用來解析二進位制的trace流，其中的欄位也可以在event filter中找到對它的使用。

它還顯示用於在文字模式下列印事件的格式字串，以及用於分析的事件名稱和ID。

每個event都有一系列通用的欄位，全部都以common_作為字首。其他的欄位都需要在TRACE_EVENT()中定義。

format中的每個欄位都有如下形式：

field:field-type field-name; offset:N; size:N;

offset是欄位在trace record中的offset，size是資料項的size，都是byte單位。

舉例， sched_wakeup event的format資訊：

cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/format

name: sched_wakeup
ID: 60
format:
        field:unsigned short common_type;       offset:0;       size:2;
        field:unsigned char common_flags;       offset:2;       size:1;
        field:unsigned char common_preempt_count;       offset:3;       size:1;
        field:int common_pid;   offset:4;       size:4;
        field:int common_tgid;  offset:8;       size:4;

        field:char comm[TASK_COMM_LEN]; offset:12;      size:16;
        field:pid_t pid;        offset:28;      size:4;
        field:int prio; offset:32;      size:4;
        field:int success;      offset:36;      size:4;
        field:int cpu;  offset:40;      size:4;

print fmt: "task %s:%d [%d] success=%d [%03d]", REC->comm, REC->pid,
           REC->prio, REC->success, REC->cpu

這個event包含10個欄位，5個通用欄位5個自定義欄位。除了COMM是一個字串，此事件的所有欄位都是數字，這對於事件過濾非常重要。

event 過濾

trace event支援 filter expressions式的過濾。一旦trace event被記錄到trace buffer中，其欄位就針對與該event型別相關聯的filter expressions進行檢查。

如果event匹配filter將會被記錄，否則將會被丟棄。如果event沒有配置filter，那麼在任何時刻都是匹配的，event預設就是no filter配置。

語法

一個filter expression由多個 predicates組成，使用邏輯運算子&&、||組合在一起。

field-name relational-operator value

數字類的運算子包括：
```
==, !=, <, <=, >, >=, &
```
字元類的運算子包括：
```
==, !=, ~
```
約等於運算子(~)接受萬用字元形式 (*,?)和字元類 ([)。舉例：
```
prev_comm ~ "*sh"
prev_comm ~ "sh*"
prev_comm ~ "*sh*"
prev_comm ~ "ba*sh"
```

配置filters

透過將filter expressions寫入給定event的filter檔案來設定單個event的filter。

例如

echo 'pid > 1000' > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/filter	# pid大於100的事件
echo 1  >  /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/enable
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace

過濾程式名為rcu_sched的事件

echo 'comm == "rcu_sched"' > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/filter
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/enable
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace

如果表示式中存在錯誤，則在設定時會得到一個Invalid argument錯誤，錯誤的字串連同錯誤訊息可以透過檢視過濾器來檢視，例如：

cd /sys/kernel/debug/tracing/events/signal/signal_generate
echo '((sig >= 10 && sig < 15) || dsig == 17) && comm != "bash"'  > filter
-bash: echo: write error: Invalid argument
cat filter
((sig >= 10 && sig < 15) || dsig == 17) && comm != bash
^
parse_error: Field not found

清除filters

清除某個event的filter，echo 0 到對應event的filter檔案。

清除某個subsystem中所有events的filter，echo 0 到對應subsystem的filter檔案。

echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/filter
echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/filter

子系統filters

為了方便起見，可以將子系統中的每個事件的過濾器作為一個組來設定或清除，將一個過濾器表示式寫入子系統根目錄下的過濾器檔案中。

如果子系統內的任何事件的過濾器缺少子系統過濾器中指定的欄位，或者如果過濾器不能應用於任何其他原因，則該事件的過濾器將保留其以前的設定。只有引用公共欄位的過濾器才能保證成功地傳播到所有事件。

舉例：

清除sched subsystem中所有events的filter：

echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/filter
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched_switch/filter
none
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched_wakeup/filter
none

使用sched subsystem中所有events都有的通用欄位來設定filter(所有event將以同樣的filter結束)：

echo 'common_pid == 0' > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/filter
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_switch/filter
common_pid == 0
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/filter
common_pid == 0

嘗試使用sched subsystem中非所有events通用欄位來配置filter(所有沒有prev_pid欄位的event將保留原有的filter)：

echo prev_pid == 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/filter
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_switch/filter
prev_pid == 0
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/sched_wakeup/filter
common_pid == 0

PID filters

頂級資料夾下的set_event_pid 檔案，可以給所有event配置PID過濾：

echo $$ > /sys/kernel/debug/tracing/set_event_pid
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/enable

以上配置將會只追蹤當前程式。

追加PID使用>>：

echo 123 244 1 >> set_event_pid

Event triggers

跟蹤事件可以有條件地呼叫trigger commands，每當呼叫具有附加觸發器的trace event時，就會呼叫與該event相關聯的 trigger commands。

任何給定的觸發器還可以具有與它相關聯的事件過濾中描述的相同形式的事件過濾器。如果呼叫的事件透過關聯的篩選器，則該命令將被呼叫。

給定的event可以有任意數量的trigger與它相關聯，個別命令可能在這方面有所限制。

Event triggers是在“soft”模式上實現的，這意味如果一個event有一個或者多個trigger與之相關聯，即使該event是disable狀態，但實質上已經被actived，然後在“soft”模式中被disable。

也就是說，tracepoint 將被呼叫，但將不會被跟蹤，除非它被正式的enable。該方案允許即使disable的event也可以呼叫trigger，並且還允許當前event filter實現用於有條件地呼叫trigger。

設定event triggers的語法類似於設定set_ftrace_filter ftrace filter commands 的語法（可以參考‘Filter commands’ section of Documentation/trace/ftrace.txt），但存在很大的差異。

語法

使用echo command 到‘trigger’檔案的形式來增加Trigger：

echo 'command[:count] [if filter]' > trigger

移除Trigger使用同樣的命令，但是加上了 ‘!’ 字首：

echo '!command[:count] [if filter]' > trigger

filter部分的語法和上一節 ‘Event 過濾’ 中描述的相同。

為了方便使用，當前filter只支援使用>增加或刪除單條trigger，必須使用!命令逐條移除。

支援的命令

enable_event/disable_event

當triggering event被命中時，這些命令可以enable or disable其他的trace event。當這些命令被註冊，trace event變為active。

但是在“soft” mode下disable。這時，tracepoint會被呼叫但是不會被trace。這些event tracepoint一直保持在這種模式中，直到trigger被觸發。

舉例，當一個read系統呼叫進入，以下的trigger導致kmalloc events被trace，:1 表明該行為只發生一次：

echo 'enable_event:kmem:kmalloc:1' > \
/sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_enter_read/trigger

當一個read系統呼叫退出，以下的trigger導致kmalloc events被disable trace，每次退出都會呼叫：

echo 'disable_event:kmem:kmalloc' > /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_exit_read/trigger

命令格式如下：

enable_event:<system>:<event>[:count]
disable_event:<system>:<event>[:count]

移除命令：

echo '!enable_event:kmem:kmalloc:1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_enter_read/trigger
echo '!disable_event:kmem:kmalloc' > /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_exit_read/trigger

注意：每個 triggering event可以有任意多個觸發動作，但是每種觸發動作只能有一個。

例如，sys_enter_read可以觸發enable kmem:kmalloc和sched:sched_switch，但是kmem:kmalloc不能有兩個版本kmem:kmalloc and kmem:kmalloc:1或者是kmem:kmalloc if bytes_req == 256 and kmem:kmalloc if bytes_alloc == 256。

stacktrace

在triggering event發生時，這個命令在trace buffer中dump出堆疊呼叫。

舉例，在每次kmalloc tracepoint被命中，以下的trigger dump出堆疊呼叫，

echo 'stacktrace' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger

以下的trigger dump出堆疊呼叫，在kmalloc請求bytes_req >= 800的前2次

echo 'stacktrace:2 if bytes_req >= 800' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger

命令格式如下：

stacktrace[:count]

移除命令：

echo '!stacktrace' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger
echo '!stacktrace:2 if bytes_req >= 800' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger

後者也可以透過下面的（沒有過濾器）更簡單地去除：

echo '!stacktrace:2' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger

注意：每個trace event只能有一個stacktrace觸發器。

snapshot

當triggering event發生時，這個命令會觸發snapshot。

只有程式名為snapd才會建立一個snapshot。

如果你想trace一系列的events or functions，在 trigger event發生時，snapshot trace buffer將會抓住這些events：

echo 'snapshot if comm == "snapd"' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger #配置trigger，只有程式名為snapd才會snapshot
echo 'enable_event:kmem:kmalloc:1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_enter_read/trigger #觸發kmalloc
cat /sys/kernel/debug/tracing/snapshot #檢視快照

只snapshot一次：

echo 'snapshot:1 if comm == "snapd"' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger
echo 'enable_event:kmem:kmalloc:1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_enter_read/trigger #觸發kmalloc
cat /sys/kernel/debug/tracing/snapshot #檢視快照

移除命令：

echo '!snapshot if comm == "snapd"' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger
echo '!snapshot:1 if comm == "snapd"' > /sys/kernel/debug/tracing/events/kmem/kmalloc/trigger

注意：每個trace event只能有一個snapshot觸發器。

traceon/traceoff

這個命令將會把整個trace tracing on/off當event被命中。parameter 決定了系統 turned on/off 多少次。沒有描述就是無限制。

以下命令將 turns tracing off 在block request queue第一次unplugged並且depth > 1，如果您當時正在跟蹤一組事件或函式，則可以檢查跟蹤緩衝區，以檢視導致觸發事件的事件序列：

 echo 'traceoff:1 if nr_rq > 1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/block/block_unplug/trigger

一直disable tracing 當nr_rq > 1:

echo 'traceoff if nr_rq > 1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/block/block_unplug/trigger

移除命令：

echo '!traceoff:1 if nr_rq > 1' >  /sys/kernel/debug/tracing/events/block/block_unplug/trigger
echo '!traceoff if nr_rq > 1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/block/block_unplug/trigger

注意：每個trace event只能有一個traceon or traceoff觸發器。

hist

組合觸發。這個命令聚合多個trace event的欄位到一個hash表中。

echo 'hist:key=id.syscall,common_pid.execname:val=hitcount:sort=id,hitcount if id == 16' > /sys/kernel/debug/tracing/events/raw_syscalls/sys_enter/trigger
cat /sys/kernel/debug/tracing/events/raw_syscalls/sys_enter/hist

詳細可以參考Documentation/trace/histogram.txt。

本文參考

https://www.kernel.org/doc/html/latest/trace/events.html

https://www.cnblogs.com/hellokitty2/p/17055175.html

https://www.cnblogs.com/fellow1988/p/6417379.html

https://blog.csdn.net/u012489236/article/details/119519361

https://lwn.net/Articles/365835/

https://lwn.net/Articles/366796/

https://www.cnblogs.com/wsg1100/p/17020703.html

https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/7211249.html

https://www.cnblogs.com/hpyu/p/14348151.html

https://mjmwired.net/kernel/Documentation/trace/ftrace.txt

https://mjmwired.net/kernel/Documentation/trace/events.txt

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【除錯】ftrace(一)基本使用方法

簡介

ftrace 框架

Trace檔案系統

available_events

available_filter_functions

available_tracers

buffer_size_kb

buffer_total_size_kb

trace_pipe

trace_options

current_tracer

dyn_ftrace_total_info

enabled_functions

events

free_buffer

kprobe_events

kprobe_profile

max_graph_depth

options

printk_formats

saved_cmdlines

saved_cmdlines_size

saved_tgids

set_event

set_event_pid

set_ftrace_filter 和 set_ftrace_notrace

set_ftrace_pid

set_graph_function

snapshot

trace

trace_clock

trace_marker

trace_options

tracing_cpumask

tracing_max_latency

tracing_on

tracing_thresh

跟蹤器使用方法

blk跟蹤器

function跟蹤器

11/11

#P16

TASK-PID

CPU#

irqs-off

need-resched

hardirq/softirq

preempt-depth

delay

：大於1000us

TIMESTATION

FUNCTION

function_graph跟蹤器

irqsoff跟蹤器

wakeup/wakeup_rt/wakeup_dl跟蹤器

stack跟蹤器

小結

trace event 用法

trace event使用方法

set_event介面

enable介面

event格式

event 過濾

語法

配置filters

清除filters

子系統filters

PID filters

Event triggers

語法

支援的命令

enable_event/disable_event

stacktrace

snapshot

traceon/traceoff

hist

本文參考

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