结合例子学习eBPF与bcc:kretprobe与Tracepoint

在前面的文章中,我们学习了如何通过追踪kprobe,今天我们来学习更多的追踪机制:

  • kretprobe:类似于kprobe,但是是追踪其返回值或输出值;
  • Tracepoint:静态的追踪点,在内核中已编译好;

vfsreadlat

首先我们借助vfsreadlat来学习kretprobe的使用。kretprobekprobe可以看成是一对兄弟,kprobe在内核函数开始的时候执行,而kretprobe则在内核函数结束的时候执行,例如对于内核函数blk_mq_start_request

我们在kprobe挂载的函数start会在内核函数开始执行前执行,而在kretprobe挂载的函数end则会在内核函数结束后执行。前者可以探测内核函数的输入值,而后者则探测内核函数的返回值或者输出值。

让我们来看看vfsreadlat,首先是vfsreadlat.c

可以看出在do_entry函数中,我们记录了pid和它对应的时间;在do_return函数中,我们基于pid来计算时间的差值。

这是eBPFC代码,我们需要在bcc文件中引入它:

py 复制代码
b = BPF(src_file = "vfsreadlat.c")

如下就是全部的vfsreadlat.py

我们重点关注其中的挂载语句:

正如我们前文所说的,这里的流程是这样的:

小结一下:kprobe在内核函数进入前执行,kretprobe在内核函数返回后执行

urandomread

这一小节我们要学习的是Tracepoint的使用,Tracepointkprobe类似,也可以追踪内核的一些信息,但是Tracepoint是预制好的hook,已经提前在内核中编译好了,我们只需要直接使用就行。

先看代码:

可以看到我们直接在C中用TRACEPOINT_PROBE宏来进行了声明,这个宏指向的目标是内核断点 random:urandom_read,这个断点已经在内核中静态编译好了,如果我们在这里加入了这个宏,那么运行到randon:urandon_read的时候就会运行这个宏的内容。我们可以通过perf list命令来查看Tracepoint的列表:

这里宏的参数做了自动填充,我们可以用args->xxx来访问结构体变量。参数的内容可以通过/sys/kernel/debug/tracing/events/xxx/xxx/format来访问,例如random:urandom_read就是/sys/kernel/debug/tracing/events/random/urandom_read/format

这个程序的流程如下图所示:

Tracepointhook总是存在的,如果我们给它挂载了东西,它就会执行,反之则不会。

disksnoopTracepoint

现在我们尝试用block:block_rq_issueblock:block_rq_complete这两个Tracepoint来改写disksnoop。前者表示的是磁盘请求开始,后者则是结束。我们需要输出请求的大小和延时。

我们首先查看Tracepoint的结构体:

从这两个结构体中我们可以看出,请求的大小只在block_rq_issue的时候记录,所以我们需要有一个地方存储它。此外我们还需要考虑如何计算时间,我们需要记录下请求开始的时间和请求结束的时间,这里的问题在于我们该用什么作为哈希表的key。在这里我们使用args->dev作为keydev表示块设备的设备号。

**这里如果用pid作为key将会出现没有输出的情况。**这是因为在block_rq_issue的时候,我们通过bpf_get_current_pid_tgid获取到的是pid,但是在block_rq_complete的时候,此时运行的进程并不一定是发出请求的那个进程,所以无法保持一致性。

基于args->dev作为key,我们可以快速的编写如下的C代码:

接着通过编写前端代码我们就可以进行数据的输出了,运行结果如下:

小结

今天我们学习了:

  • k[ret]probe是动态追踪,我们可以在内核函数的开头和结尾进行追踪,相对更灵活;但是其开销也更大;
  • Tracepoint则更像是静态的,已经存在于内核中的hook点,不够灵活,但是相对固定,在不同版本的操作系统中变化不大,开销也更小;

disksnoopTracepoint

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