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内核探测工具systemtap简介

發(fā)布時間：2024/1/23 编程问答 40 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了内核探测工具systemtap简介小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

systemtap是內(nèi)核開發(fā)者必須要掌握的一個工具，本文我將簡單介紹一下此工具，后續(xù)將會有系列文章介紹systemtap的用法。

什么是systemtap

假如現(xiàn)在有這么一個需求：需要獲取正在運行的Linux系統(tǒng)的信息，如我想知道系統(tǒng)什么時候發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用，發(fā)生的是什么系統(tǒng)調(diào)用等這些信息，有什么解決方案呢？

最原始的方法是，找到內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用的代碼，加上我們需要獲得信息的代碼、重新編譯內(nèi)核、安裝、選擇我們新編譯的內(nèi)核重啟。這種做法對于內(nèi)核開發(fā)人員簡直是夢魘，因為一遍做下來至少得需要1個多小時，不僅破壞了原有內(nèi)核代碼，而且如果換了一個需求又得重新做一遍上面的工作。所以，這種調(diào)試內(nèi)核的方法效率是極其低下的。
之后內(nèi)核引入了一種Kprobe機制，可以用來動態(tài)地收集調(diào)試和性能信息的工具，是一種非破壞性的工具，用戶可以用它跟蹤運行中內(nèi)核任何函數(shù)或執(zhí)行的指令等。相比之前的做法已經(jīng)有了質(zhì)的提高了，但Kprobe并沒有提供一種易用的框架，用戶需要自己去寫模塊，然后安裝，對用戶的要求還是蠻高的。
systemtap是利用Kprobe提供的API來實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控和跟蹤運行中的Linux內(nèi)核的工具，相比Kprobe，systemtap更加簡單，提供給用戶簡單的命令行接口，以及編寫內(nèi)核指令的腳本語言。對于開發(fā)人員，systemtap是一款難得的工具。

下面將會介紹systemtap的安裝、systemtap的工作原理以及幾個簡單的示例。

systemtap的安裝

我的主機 Linux 發(fā)行版是32位 Ubuntu13.04，內(nèi)核版本 3.8.0-30。由于 systemtap 運行需要內(nèi)核的調(diào)試信息支撐，默認(rèn)發(fā)行版的內(nèi)核在配置時這些調(diào)試開關(guān)沒有打開，所以安裝完systemtap也是無法去探測內(nèi)核信息的。下面我以兩種方式安裝并運行 systemtap：

方法一

編譯內(nèi)核以支持systemtap?
我們重新編譯內(nèi)核讓其支持systemtap，首先你想讓內(nèi)核中有調(diào)試信息，編譯內(nèi)核時需要加上 -g 標(biāo)志；其次，你還需要在配置內(nèi)核時將 Kprobe 和 debugfs 開關(guān)打開。最終效果是，你能在內(nèi)核 .config 文件中看到下面四個選項是設(shè)置的：

CONFIG_DEBUG_INFOCONFIG_KPROBESCONFIG_DEBUG_FSCONFIG_RELAY

配置完之后，按照之前你編譯內(nèi)核的步驟編譯即可。

獲取systemtap源碼?
從此地址?https://sourceware.org/systemtap/ftp/releases下載已經(jīng)發(fā)布的systemtap的源代碼，截至目前（2013.9.17）最新版本為systemtap-2.3。下載完之后解壓。當(dāng)然你還可以使用 git 去克隆最新的版本（2.4），命令如下：

git clone git://sources.redhat.com/git/systemtap.git

編譯安裝systemtap?
如果你下載的是最新版本的systemtap，那么你需要新版的 elfutils，可以從https://fedorahosted.org/releases/e/l/elfutils/?下載elfutils-0.156 版本。下載之后解壓縮到適合的目錄（我放在~/Document/ 下），不需要安裝，只要配置systemtap時指定其位置即可。進入之前解壓systemtap的目錄，使用下面命令進行配置：

./configure --with-elfutils=~/Document/elfutils-0.156

以這里方法配置之后，你只需要再運行?make install?即完成systemtap的編譯安裝。如果需要卸載的話，運行?make uninstall。

方法二

由于發(fā)行版的內(nèi)核默認(rèn)無內(nèi)核調(diào)試信息，所以我們還需要一個調(diào)試內(nèi)核鏡像，在http://ddebs.ubuntu.com/pool/main/l/linux/?找到你的內(nèi)核版本相對應(yīng)的內(nèi)核調(diào)試鏡像（版本號包括后面的發(fā)布次數(shù)、硬件體系等都必須一致），如針對我上面的內(nèi)核版本，就可以用如下命令下載安裝內(nèi)核調(diào)試鏡像：

$ wget http://ddebs.ubuntu.com/pool/main/l/linux/linux-image-debug-3.8.0-30-generic_dbgsym_3.8.0-30.43_i386.ddeb $ sudo dpkg -i linux-image-debug-3.8.0-30-generic_dbgsym_3.8.0-30.43_i386.ddeb

一般這種方法下，你只需要使用apt在線安裝systemtap即可：

$sudo apt-get install systemtap

當(dāng)然方法二僅限于Ubuntu發(fā)行版，至于其他的發(fā)行版并不能照搬，網(wǎng)上也有很多相關(guān)的資料。

systemtap 測試示例

安裝完systemtap之后，我們需要測試一下systemtap是否能正確運行：

示例一：打印hello systemtap

以root用戶或者具有sudo權(quán)限的用戶運行以下命令：

$stap -ve 'probe begin { log("hello systemtap!") exit() }'

如果安裝正確，會得到如下類似的輸出結(jié)果:

Pass 1: parsed user script and 96 library script(s) using 55100virt/26224res/2076shr/25172data kb, in 120usr/0sys/119real ms. Pass 2: analyzed script: 1 probe(s), 2 function(s), 0 embed(s), 0 global(s) using 55496virt/27016res/2172shr/25568data kb, in 0usr/0sys/4real ms. Pass 3: translated to C into "/tmp/stapYqNuF9/stap_e2d1c1c9962c809ee9477018c642b661_939_src.c" using 55624virt/27380res/2488shr/25696data kb, in 0usr/0sys/0real ms. Pass 4: compiled C into "stap_e2d1c1c9962c809ee9477018c642b661_939.ko" in 1230usr/160sys/1600real ms. Pass 5: starting run. hello systemtap! Pass 5: run completed in 0usr/10sys/332real ms.

示例二：打印4s內(nèi)所有open系統(tǒng)調(diào)用的信息

創(chuàng)建systemtap腳本文件test2.stp:

#!/usr/bin/stapprobe begin {log("begin to probe") }probe syscall.open {printf("%s(%d) open(%s)\n", execname(), pid(), argstr) }probe timer.ms(4000) # after 4 seconds {exit() }probe end {log("end to probe") }

將該腳本添加可執(zhí)行的權(quán)限chmod +x test2.stp,使用./test2.stp運行該腳本，即可打印4s內(nèi)所有open系統(tǒng)調(diào)用的信息，打印格式為:進程名(進程號)打開什么文件。大家可以自行去測試，如果兩個示例都能正確運行，基本上算是安裝成功了！

systemtap 工作原理

systemtap 的核心思想是定義一個事件(event),以及給出處理該事件的句柄(Handler)。當(dāng)一個特定的事件發(fā)生時，內(nèi)核運行該處理句柄，就像快速調(diào)用一個子函數(shù)一樣，處理完之后恢復(fù)到內(nèi)核原始狀態(tài)。這里有兩個概念:

事件(Event): systemtap定義了很多種事件，例如進入或退出某個內(nèi)核函數(shù)、定時器時間到、整個systemtap會話啟動或退出等等。
句柄(Handler):就是一些腳本語句，描述了當(dāng)事件發(fā)生時要完成的工作，通常是從事件的上下文提取數(shù)據(jù)，將它們存入內(nèi)部變量中，或者打印出來。

Systemtap工作原理是通過將腳本語句翻譯成C語句，編譯成內(nèi)核模塊。模塊加載之后，將所有探測的事件以鉤子的方式掛到內(nèi)核上，當(dāng)任何處理器上的某個事件發(fā)生時，相應(yīng)鉤子上句柄就會被執(zhí)行。最后，當(dāng)systemtap會話結(jié)束之后，鉤子從內(nèi)核上取下，移除模塊。整個過程用一個命令stap就可以完成。上面只是簡單的原理，更多背后的機理參考網(wǎng)上資料和相應(yīng)的論文。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内核探测工具systemtap简介的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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