DTRACE简介(1)

https://blogs.oracle.com/swan/entry/dtrace%E7%AE%80%E4%BB%8B

By samwan on 三月 20, 2007

记得几年前看过一部美国大片叫《全民公敌（Enemy of the State）》，在里面，谋杀国会议员的主谋强沃特和他的属下，为了取回记录着其犯罪事实的磁碟片，用高科技的卫星监视，使主人公史密斯的行踪处于严密的监控中。当时就对美国高科技跟踪系统惊叹不已。当然作为一个普通公民，是不希望自己受到监视的。但是对于计算机系统，如果能够对系统的运行情况进行监视并了如指掌，进而发现其中的臭虫(bug)，那将是一件令IT管理者和开发者兴奋的事。今天我要介绍的Solaris^TM Dtrace就是这样一个好帮手！

我的第一篇Blog就提到了Dtrace，但是没有作更多的说明。今天我将对Dtrace作比较详细的介绍，一是作为自己学习Dtrace的一点心得，二是希望对还没有使用Dtrace的朋友们提供一点入门知识，更详细的信息请参阅第一篇Blog中提到的资源。为了与中文版的《Solaris动态跟踪指南》保持一致，下面的术语都采用书中的翻译。
      DTRACE（全称Dynamic Tracing)是Solaris^TM 10中引入的一种可以对核心(kernel)和应用程序(user application)进行动态跟踪并且对系统运行不构成任何危险的技术。下面是理解Dtrace的几个要点：

1. Dtrace的实现是紧密地结合到核心里的(intimately integrated)，即Dtrace的源代码是分布到了Kernel的各个部分中。除了Dtrace的执行程序dtrace.c和头文件<sys/dtrace.h>，<sys/dtrace_impl.h>外，其它实现dtrace的代码遍布到Solaris Source tree的各个文件。具体请参见 Bryan Cantrill的Blog - "The Observation Deck"

2. Dtrace架构中一个很重要的组件是"探测器(Probe)"，简单讲，探测器就是核心源代码中某一个特点的”点“。在普通的Solaris 10内核中，这样的”点“有4万多个，而且还可以随着模块的加载而增加。探测器在没有被”启用(enable)“时，对核心是没有任何影响的，这时的核心与没有dtrace功能的核心如Solaris 8/9是没有任何区别的。当探测器被启用后，Solaris会动态地往核心中为启用的探测器加入相应的指令来实现探测器被"触发(fire)"时的“操作(action)"。

3. Dtrace架构可以简单的理解为”Dtrace提供器(Provider)和Dtrace使用者(Consumer)”模式。如下图所示：

”提供器“提供了”探测器“，而”使用者“通过libdtrace(3LIB)库和相应的设备文件或者其它方式来使用”提供器“提供的”探测器"。如上图所示，除了我们下面将会介绍的/usr/sbin/dtrace命令外，Solaris 10系统中还有很多收集统计信息的工具比如intrstat(1M)，plockstat(1M)，lockstat(1M)等都是Dtrace使用者。使用plockstat -V -p <pid>，你就可以看到plockstat使用的dtrace命令。
    4. Dtrace本身是安全的，即不会对内核的运行造成影响。Dtrace可以读取内核变量，却不能修改内核变量。但是Dtrace提供了”破坏性(destructive)"的操作比如panic()，如果你使用了这些动作，是会中断系统运行的。

在学习Dtrace的过程中，要切记上面的几点。

下面就重点介绍一下Dtrace中日常使用最频繁的一个Dtrace使用者/usr/sbin/dtrace命令。dtrace(1M)可以以命令行形式调用，也可以通过D-script调用。D-script是用Dtrace提供的D语言来编写的脚本程序。D语言类似于C和awk，但是没有程序控制如for,if等机制，也许是为了更好的控制系统的稳定性。

命令行调用的例子:  dtrace -n 'syscall::open\*:entry{trace(execname)}'

D-script例子：

#!/usr/sbin/dtrace -s

syscall::open:entry,

syscall::open64:entry

{

    trace(execname);

}                                    

不管是命令行方式还是脚本方式，都要指定至少一个探测器。每个探测器都是一个“四元组(4-tuple)"，但是有的部分可以省略。探测器的具体格式如下：

Provider:Module:Function:Name

各部分的含义如下：

- Provider即提供器，发布此探测器的Dtrace提供器的名称。比如：syscall是所有系统调用的提供器，sysinfo是系统统计信息的提供器，proc是进程信息的提供器。不同系统不同版本的Solaris的提供器的数量不同。使用下面的命令可以查看系统中有多少个提供器.

#dtrace -l|grep -v "PROVIDER"|awk '{print $2}'|sort -u

- Module即模块，是此探测器对应于特定的程序位置时，其所在模块的名称。对于应用程序，模块名可以是动态链接库的名字，比如:libc，或者主程序a.out。有的探测器没有模块名。

- Function即函数，探测器所在函数的名称

- Name即名字，最后一个组成部分。

探测器的四元组名字如果某个部分为空，则表示匹配该字段的所有可能性，星号(\*)也是通配符，表示匹配任意字符串。现在我们再来看上面的两个例子。第一个命令行例子表示启用syscall提供器中所有模块里面名字以open开头的函数的entry探测器；而第二个脚本例子表示匹配syscall提供器中所有模块里面名字是open或者open64函数的entry探测器，其中的逗号表示或者的关系。命令行方式调用时，如果不使用-l开关，则指定的探测器将被启用，对于脚本方式，-s后面即D-script程序的正文部分。

一个D程序的结构如下：

0      #!/usr/sbin/dtrace -s

1      pragma D option quiet

2      probe_description_1 

3      / predicate_1 /

4     {

5           action_1;

6           action_2;

7             ...

8            action_n;

9      }

10      probe_description_2

11      / predicate_2 /

12     {

13           action_1;

14           action_2;

15             ...

16            action_n;

17      }

... 

18      probe_description_n

19      / predicate_n /

20     {

21           action_1;

22           action_2;

23             ...

24            action_n;

25      }

上面的伪代码(pseudo-code)描述了一个D程序的大致结构，其中除了探测器描述部分，其它的部分如谓词、操作都不是必须的。第0行指明D程序的解释器(interpreter)，就是/usr/sbin/dtrace；第1行使用pragma关键字指定特定的D程序编译指令；从第2行起就是对相应的探测器的启用，并定义在指定的探测器被触发时应该执行的操作，操作以分号结尾。其中，在探测器描述和操作之间用 / / 符号隔开的部分称为"谓词(Predicate)"。前面已经提到，在D语言中，没有if语句和循环，只有通过谓词来进行判断，谓词是一系列的逻辑运算，如果计算结果是false(0)，则忽略探测器的触发，当然更不会执行该探测器定义的任何操作；只有当谓词计算为true(非0)时，相应的操作才会被执行。D程序的执行是从上至下顺序执行的，花括号{}包围的部分是对应探测器被触发且谓词为真时的执行子句块，对于同一个探测器描述，可以指定多个执行子句块。

当你编辑完成一个D程序，并且使用dtrace -s或者通过直接添加执行权限来执行时，Dtrace首先会将你的脚本程序编译成一个安全的中间格式（有点类似于Java程序的运行机制），然后才会被加载到内核中执行。Dtrace的执行环境还会检查并处理运行时错误（run-time errors）比如被零除(dividing by zero)，访问无效地址等。因此Dtrace是相当安全的。

当Dtrace程序被加载到内核执行时，相应的探测点被启用，如果有涉及探测点的事件发生，我们就把它称之为“触发”，如果此时谓词计算为true，则相应的操作就会被执行。为便于大家理解“启用”和“触发”两个概念，我们举一个日常生活中的实际例子。

现在全国各个城市为了更好地规范交通秩序，都安装了很多“电子警察”（就是“探测器”），安装完成就打开（即“启用”），如果有车闯红灯，就会激活安装在地上的感应线（”触发“），那么”电子警察“就会拍照，很快罚单就会送到你家里（这就是”操作“）。

通过上面这个例子，大家应该有个更加形象的认识了吧。

作为今天的结束，下面是一个监视谁（用户ID）使用什么命令访问一个文件（文件以参数形式传递）的例子。

who_access_thisfile.d

---

#!/usr/sbin/dtrace -qs
syscall::creat\*:return,
syscall::open\*:return
/arg0 != -1 && fds[arg0].fi_pathname == $1 /
{
        printf("uid#%d %s %s\\n",uid,execname,$1);
}

---

chmod +x who_access_thisfile.d，然后执行./who_access_thisfile.d /etc/passwd，在另一个终端上试试cat /etc/passwd， vi /etc/passwd，看看你都看到了什么信息，你原来能做到吗？

更多的信息，将在下一次中介绍。