3.2. 脚本

在大多数情况下,SystemTap脚本是每个SystemTap会话的基石。SystemTap脚本决定了需要收集的信息类型,也决定了对收集到的信息的处理方式。

在本章的开头曾经提到过,SystemTap脚本由两部分组成:事件和处理程序。一旦SystemTap会话准备就绪,SystemTap会监控操作系统中特定的事件,并在事件发生的时候触发对应的处理程序。

一个事件和它对应的处理程序合称探针。一个SystemTap脚本可以有多个探针。 一个探针的处理程序部分通常称之为探针主体(probe body)

以应用开发的方式类比,使用事件和处理程序就像在程序的特定位置插入打日志的语句。每当程序运行时,这些日志会帮助你查看程序执行的流程。

SystemTasp脚本允许你在无需重新编译代码,即可插入检测指令,而且处理程序也不限于单纯地打印数据。事件会触发对应的处理程序;对应的处理程序记录下感兴趣的数据,并以你指定的格式输出。

SystemTap脚本的后缀是.stp,并以这样的语句表示一个探针:

probe   event {statements}

译注:如果你写过awk脚本,应该会感觉似曾相识。

SystemTap支持给一个探针指定多个事件;每个事件以逗号隔开。如果给某一个探针指定了多个事件,只要其中一个事件发生,SystemTap就会执行对应的处理程序。

每个探针有自己对应的语句块。语句块由花括号({})括住,包含事件发生时需要执行的所有语句。SystemTap会顺序执行这些语句;语句间通常不需要特殊的分隔符或终止符。

SystemTap脚本的语句块使用跟C语言一样的语法。语句块内允许嵌套。

SystemTap允许你编写函数来提取探针间公共的逻辑。所以,与其在多个探针间复制粘贴重复的语句,你不如把它们放入函数中,就像:

function function_name(arguments) {statements}

probe event {function_name(arguments)}

当探针被触发时,function_name中的语句会被执行。arguments是传递给函数的可选的入参。

本节仅仅是粗略地介绍下SystemTap脚本的结构。要想了解更详细的内容,最好坚持读到第5章,SystemTap脚本集锦;其中的每一节都会详细介绍一个脚本,包含它所监控的事件、它的处理程序和输出内容。

事件

SystemTap事件大致分为两类:同步事件和异步事件。

同步事件

同步事件会在任意进程执行到内核特定位置时触发。你可以用它来作为其它事件的参照点,毕竟同步事件有着清晰的上下文信息。

同步事件包括:

syscall.system_call

进入名为system_call的系统调用。如果想要监控的是退出某个系统调用的事件,在后面添加.return。举个例子,要想监控进入和退出系统调用close的事件,应该使用syscall.closesyscall.close.return

vfs.file_operation

进入虚拟文件系统(VFS)名为file_operation的文件操作。跟系统调用事件一样,在后面添加.return可以监控对应的退出事件。 译注:file_operation取值的范畴,取决于当前内核中struct file_operations的定义的操作(可能位于include/linux/fs.h中,版本不同位置会不一样,建议上http://lxr.free-electrons.com/ident 查找file_operations)。

kernel.function("function")

进入名为function的内核函数。举个例子,kernel.function("sys_open")即内核函数sys_open被调用时所触发的事件。同样,kernel.function("sys_open").return会在sys_open函数调用返回时被触发。

在定义探测事件时,可以使用像*这样的通配符。你也可以用内核源码文件名限定要跟踪的函数。看下面的例子:

probe kernel.function("*@net/socket.c") { }
probe kernel.function("*@net/socket.c").return { }

在上面的例子中,第一个探针会监控net/socket.c中的所有函数的调用。第二个会监控所有这些函数的退出。注意在这个例子里,处理程序是空的;所以,即使事件被触发了,什么也不会发生。 译注:例子中用的是探测内核源码中的函数的语法。完整的语法是[email protected]_name[:line_num],由函数名、文件名、行号三部分组成。其中函数名在例子中为*,匹配任意函数。行号是可选的,在上面的例子里就被忽略掉了。如果想指定某个范围内的函数,如从行x到y,使用:x-y这样格式作为行号。

kernel.trace("tracepoint")

到达名为tracepoint的静态内核探测点(tracepoint)。较新的内核(>= 2.6.30)包含了特定事件的检测代码。这些事件一般会被标记成静态内核探测点。一个例子是,kernel.trace("kfree_skb")表示内核释放了一个网络缓冲区的事件。(译注:想知道当前内核设置了哪些静态内核探测点吗?你需要运行sudo perf list。)

module("module").function("function")

进入指定模块module的函数function。举个例子:

probe module("ext3").function("*") { }
probe module("ext3").function("*").return { }

上面例子的第一个探针,会在每个ext3模块中的函数被调用时触发。第二个探针会在函数退出时触发。一切就跟kernel.function()一样。

系统内的所有内核模块通常都在/lib/modules/kernel_version,其中kernel_version取当前内核版本号。模块的后缀名为.ko。 (译注:在该路径下使用find -name '*.ko' -printf '%f\n' | sed 's/\.ko$//'可列出所有的内核模块)

异步事件

异步事件跟特定的指令或代码的位置无关。 这部分事件主要包含计数器、定时器和其它类似的东西。

begin

SystemTap会话的启动事件,会在脚本开始时触发。

end

SystemTap会话的结束事件,会在脚本结束时触发。

timer events

用于周期性执行某段处理程序。举个例子:

probe timer.s(4) { printf("hello world\n") }

上面的例子中,每隔4秒就会输出hello world。还可以使用其它规格的定时器:

timer.ms(milliseconds)
timer.us(microseconds)
timer.ns(nanoseconds)
timer.hz(hertz)
timer.jiffies(jiffies)

定时事件总是跟其它事件搭配使用。其它事件负责收集信息,而定时事件定期输出当前状况,让你看到数据随时间的变化情况。

限于篇幅,还有些SystemTap事件就不再一一介绍了。如果你想了解更多内容,请man stapprobes。该man page中的SEE ALSO一节,包括了通往其它man page的链接,你还可以随之找到某些特定子系统和组件所支持的事件。

处理程序

看一下下面的示例脚本:

probe begin
{
  printf ("hello world\n")
  exit ()
}

在上面的例子中,每当会话开始时,begin事件会触发{}内的处理程序,输出hello world加一个换行符,然后退出。

SystemTap脚本会一直运行,直到执行了exit()函数。如果你想中途退出一个脚本,可以用Ctrl+c中断。

printf

printf()是最简单的SystemTap函数之一,可以跟许多函数搭配使用,用来输出数据。通常我们会这样调用printf()

printf ("format string\n", arguments)

format string指明arguments输出的格式。在前面的例子里,printf语句内没有指定format格式符。在格式字符串(format string)中,你可以用%s表示字符串,%d表示数字。格式字符串中可以包含多个格式符,每个格式符对应一个参数;每个参数之间用逗号隔开。

SystemTap的printf语句跟C的printf语句,无论在语法还是在格式字符串上都差不多。

下面让我们再看多一个例子:

probe syscall.open
{
  printf ("%s(%d) open\n", execname(), pid())
}

在上面的例子中,SystemTap会在每次open被调用时,输出调用程序的名字和PID,外加open这个词。该探针输出的结果看上去会是这样:

vmware-guestd(2206) open
hald(2360) open
hald(2360) open
hald(2360) open
df(3433) open
df(3433) open
df(3433) open
hald(2360) open

你可以在printf()里使用其他的SystemTap函数。比如上面的例子中就用到execname()(获取触发事件的进程名)和pid()(当前进程ID)。

下面列出常用的SystemTap函数:

tid()

当前的tid(thread id)。

uid()

当前的uid。

cpu()

当前的CPU号

gettimeofday_s()

自epoch以来的秒数

ctime()

将上一个函数返回的秒数转化成时间字符串

pp()

返回描述当前处理的探测点的字符串

thread_indent()

你可以用这个函数来组织你的输出结果。这个函数接受一个表示缩进差额的参数,用来更新当前线程的“缩进计数器”(其实就是用于缩进的空格数)。它返回的是加了足够缩进的标识字符串。 这个标识字符串包括一个时间戳(表示自从该线程首次调用thread_indent()以来所经过的毫秒数),一个进程名,一个tid。由此可以清晰地看出函数的调用次序和调用层级,和每次调用时的间隔。 如果一个函数调用后随即退出,很容易就能看出被触发的两个事件是相关的。然而,在大多数情况下,一个函数调用和退出之间,往往会有调用其他别的函数。通过缩进,可以相对更清晰地看出某个函数调用和退出的时机。

看一下下面使用thread_indent()的例子:

probe kernel.function("*@net/socket.c").call
{
  printf ("%s -> %s\n", thread_indent(1), probefunc())
}
probe kernel.function("*@net/socket.c").return
{
  printf ("%s <- %s\n", thread_indent(-1), probefunc())
}

它输出的结果大概是这个样子的,注意箭头前面的空格数:

0 ftp(7223): -> sys_socketcall
1159 ftp(7223):  -> sys_socket
2173 ftp(7223):   -> __sock_create
2286 ftp(7223):    -> sock_alloc_inode
2737 ftp(7223):    <- sock_alloc_inode
3349 ftp(7223):    -> sock_alloc
3389 ftp(7223):    <- sock_alloc
3417 ftp(7223):   <- __sock_create
4117 ftp(7223):   -> sock_create
4160 ftp(7223):   <- sock_create
4301 ftp(7223):   -> sock_map_fd
4644 ftp(7223):    -> sock_map_file
4699 ftp(7223):    <- sock_map_file
4715 ftp(7223):   <- sock_map_fd
4732 ftp(7223):  <- sys_socket
4775 ftp(7223): <- sys_socketcall

上面的输出包含如下信息:

  • 自从该线程首次调用thread_indent()以来所经过的毫秒数。
  • 进程名和PID。
  • 用于缩进的若干个空格。以上三项均为thread_indent()的输出。
  • ->表示函数调用,<-表示函数退出。
  • 触发事件的函数名。

name

返回系统调用的名字。这个变量只能在syscall.system_call触发的处理程序中使用。

target()

当你通过stap script -x PIDstap script -c command来执行某个脚本script时,target()会返回你指定的PID或命令名。举个例子:

probe syscall.* {
  if (pid() == target())
    printf("%s\n", name)
}

当上面的例子中的脚本带命令行参数-x PID运行时,它会监控所有的系统调用(syscall.*),并输出其中由指定进程所触发的系统调用。 你当然可以把上面例子中的target()替换成你想要指定的PID。不过使用target()让你的脚本可以重用。现在你只需在运行时指定PID,而无需每次都修改掉硬编码的PID值。

要想了解更多关于SystemTap函数的信息,请man stapfuncs