stapprobes

JMÉNO

stapprobes - přehled sondážních bodů systemtapu

POPIS

Následující text přináší přehled základních druhů sondážních bodů (probe points) podporovaných překladačem systemtapu. Zmíněny jsou také některé přezdívky (aliases) definované v tapset skriptech. Podrobnější individuální informace k mnohým z nich přinášejí man stránky s prefixem probe:: sdružené v man sekci 3stap.

SYNTAXE

Deklarace sondy (probe) může obsahovat seznam čárkou oddělených sondážních bodů. Sonda pak bude svázána se všemi takto zmíněnými sondážními body, potažmo událostmi v systému. Jednotlivý sondážní bod se zapíše jako posloupnost tečkou oddělených komponent, například 'syscall.read', kde 'syscall' a 'read' jsou komponenty. Komponenty odpovídají určitým třídám dělení jmenného prostoru událostí. Připomíná to zápis doménového jména počítače na internetu. Každá komponenta může být přesněji specifikována číselným, nebo řetězcovým parametrem uvedeným v závorkách, podobně jako při volání funkce. V rámci deklarace sondy lze použít zástupný symbol hvězda "*", který bude expandován v rámci jedné z tečkou oddělených komponent, nebo symbol "**", který bude expandován přes více než jednu komponentu (v extrémním případě přes všechny). Přezdívka sondy se syntakticky chová podobně jako sonda samotná. Lze též pracovat s přezdívkami přezdívek. Přezdívku sondy lze volat samostatně, nebo s příponou. Přípona se při překladu připojí k sondě nad kterou je přezdívka definovaná. Příklad:
se expanduje na
kde maxactive(10) se chápe jako přípona. Každý sondážní bod se po expanzi zástupných symbolů a přezdívek mapuje na nějaký nízkoúrovňový prvek systému, jako například na 'kprobe' adresu, na značku (marker), na událost časovače a podobně. Pokud takové mapování selže (například snažíme-li se odkázat na jaderný modul který není zaveden), překlad skriptu selže. Sondážní bod může být následován znakem "?", a pak je považován za volitelný. V tom případě nedojde k chybě překladu, pokud se mapování nezdaří. Tento příznak volitelnosti se při překladu předává níže přes přezdívky a expanze až k elementárním sondážním bodům překladače. Sondážní bod může být též následován znakem "!". V tom případě je považován za volitelný a dostatečný. Volně to připomíná 'cut' operátor známý z prologu. Pokud se takový "dostatečný" sondážní bod podaří úspěšně namapovat, pak se už překladač nepokouší o mapování dalších (čárkou oddělených) sondážních bodů definujících danou sondu. Označit sondážní bod za dostatečný tedy dává smysl jen je-li v definici sondy následován dalším sondážním bodem. Dále může být sondážní bod následován výrazem podmínky "if (expr)". Tím lze sondážní bod za běhu aktivovat, či deaktivovat. Pokud 'expr' je nepravda, sondážní bod je neaktivní. Podmínka se při překladu předává níže přes přezdívky a expanze až k elementárním sondážním bodům překladače, takže na nejnižší úrovni představuje podmínka logický součin příslušných podmínek na elementárních sondážních bodech. Podmínka 'expr' může zákonitě být založena jen na globálních proměnných a při tom nesmí měnit jejich hodnotu (např. i++ není povoleno). Následující sondážní body jsou syntakticky korektní. (Jejich sémantika závisí na obsahu tapsetu, verzi jádra analyzovaného systému atd. Pro Váš systém jsou pravděpodobně sémanticky nevalidní.)
Sondy lze obecně klasifikovat na "synchronní" a "asynchronní". Za synchronní považujeme sondu (resp. událost), kdy např. některý z procesorů vykonal danou instrukci. Tím je dán referenční bod na základě kterého může sonda získat další kontextové informace. Za asynchronní považujeme např. událost časovače. Asynchronní sonda nemá k dispozici kontextové informace. Každá sonda může být definovaná na základě množství sondážních bodů například prostřednictvím zástupných symbolů, přezdívek, nebo dalších čárkou oddělených sondážních bodů. Jakmile kterýkoliv z nich detekuje událost, sonda se aktivuje (probe point is hit) a spustí obslužnou rutinu, což je blok kódu (probe handler). Závorková expanze je úsporný způsob zápisu většího množství sondážních bodů, které dohromady tvoří sondu. Do složených závorek se uvede seznam čárkou oddělených subkomponent a/nebo případně dalších (vnořených) závorkových expanzí. Expanze sonděhne v daném pořadí. Otazník (?), vykřičník (!) a podmínky (if (expr)) musí být uvedeny za poslední komponentou sondážního bodu. Příklad závorkové expanze:

LADICÍ INFORMACE FORMÁTU DWARF

Vyhodnocení některých sondážních bodů vyžaduje relevantní ladicí informace formátu (DWARF). Pro některé sondážní body si umí systemtap zrekonstruovat potřebné ladicí informace na základě hlavičkových souborů sám. Pro jiné sondážní body nejsou ladicí informace potřeba. Vzhledem k tomu, že systemtap skript může obsahovat libovolný mix různých typů sond, výsledné požadavky celého skriptu na dostupnost ladicích informací jsou sjednocením odpovídajících požadavků pro jednotlivé sondážní body. Ladicí informace jsou potřebné v okamžiku kdy dochází k překladu skriptu. K té nemusí nutně dojít na systému, kde bude systemtap modul nakonec použit. Viz volba --use-server a termín stap-server v manuálové stránce stap(1)). Následuje seznam dostupných rodin sondážních bodů rozdělený podle jejich nároků na dostupnost ladicích informací:

DWARF	NON-DWARF	SYMBOL-TABLE
kernel.function, .statement	kernel.mark	kernel.function*
module.function, .statement	process.mark, process.plt	module.function*
process.function, .statement	begin, end, error, never	process.function*
process.mark*	timer
python2, python3	procfs
	kernel.statement.absolute
AUTO-GENERATED-DWARF	kernel.data
	kprobe.function
kernel.trace	process.statement.absolute
	process.begin, .end
	netfilter
	java

Pro rodiny sond označené hvězdou *, si dokáže systemtap za určitých okolností vygenerovat část ladicích informací z hlavičkových souborů sám. Obecně platí, že čím více relevantních ladicích informací je k dispozici, tím vyšší bude kvalita analýzy.

ODEMYKÁNÍ A ZAMYKÁNÍ SOND ZA BĚHU

Následující typy sondážních bodů lze podle potřeby zamknout / odemknout za běhu. Tím lze snížit zatížení systému. Odemčená sonda je neaktivní, zamčená je aktivní. Odemčená sonda nekonzumuje systémové prostředky.

ODEMYKATELNÉ	výjimky
kernel.function, kernel.statement
module.function, module.statement
process.*.function, process.*.statement
process.*.plt, process.*.mark
timer.	timer.profile
java

Odemykání lze předepsat i jiným typům sond, ale v jejich případě nedojde k úsporám systémových prostředků.

TYPY SONDÁŽNÍCH BODŮ

BEGIN/END/ERROR

Sondážní body begin a end jsou definovány překladačem a odkazují k okamžikům startu, resp. ukončení skriptu. Obslužné rutiny svázané se všemi 'begin' sondami se v určitém pořadí provedou během startu systemtap sezení. Před tím se inicializují všechny globální proměnné. Obslužné rutiny svázané s 'end' sondami se provedou v daném pořadí během normálního ukončení sezení, jako například po vykonání funkce exit () , nebo pokud sezení ukončí uživatel (Ctrl-C). V případě, kdy sezení skončí v důsledku chyby, nebudou 'end' sondy aktivní. V kontextu 'end' sond neexistují žádné cílové proměnné. Pořadí vykonání jednotlivých "begin" a "end" sond, lze určit pořadovým číslem:
Číslo M může být kladné i záporné. Sondy budou aktivní ve vzestupném pořadí svých pořadových čísel. Pořadí vykonání sond se stejným pořadovým číslem je nedefinované. Kde není pořadové číslo explicitně uvedeno, pracuje se efektivně s nulou. Sondážní bod error je podobný sondážnímu bodu end až na to, že je aktivován při ukončení sezení v důsledku chyby. V takových případech se 'end' sondy přeskočí, ale dojde k pokusu vykonat všechny 'error' sondy. Tento typ sond lze využít k závěrečnému úklidu. Také 'error' sondám lze nastavit pořadí vykonání.

NEVER

Sondážní bod never je speciálně definovaný překladačem a znamená "nikdy". Obslužná rutina spojená s touto sondou se nikdy nevykoná, nicméně její příkazy projdou analýzou překladače. Tato sonda může být užitečná v kombinaci s volitelnými (optional) sondami.

SYSCALL a ND_SYSCALL

Přezdívky syscall.* a nd_syscall.* definují několik set sond. Příliš mnoho pro detailní popis na tomto místě. Zde je obecná forma:
Pro každé běžné systémové volání (viz syscalls(2) ) je definována dvojice sond: Jedna pro vstup a druhá pro opuštění systémového volání. Systémová volání, která nikdy neskončí, nemají odpovídající .return sondu. Rodina 'nd_*' sond je velmi podobná s tím rozdílem, že používá non-DWARF přístup, tedy nevyžaduje ke své činnosti ladicí informace. Mohou být užitečné zejména není-li k dispozici RPM balíček kernel-debuginfo s ladicími informacemi jádra. Přezdívky obvykle poskytují řadu proměnných, se kterými lze v rámci obslužné rutiny sondy pracovat. Jejich kompletní seznam je obsažen v tapset skriptech. Tam je vhodné nahlédnout. Například syscall.open poskytuje následující proměnné: filename, flags, a mode. Kromě nich jsou v každém 'syscall.*' sondážním bodu dostupné standardní proměnné jako:

argstr

Řetězec obsahující hodnoty všech argumentů.

name

Jméno systémového volání.

retstr

Řetězec obsahující návratovou hodnotu systémového volání (dostupný v sondách pro výstup ze systémového volání).

Tyto proměnné jsou inicializovány v určitém okamžiku při vstupu / výstupu do / ze systémového volání na základě kontextových proměnných a tudíž nereflektují eventuální pozdější změny těchto kontextových proměnných.

ČASOVAČE

Existují dva hlavní typy 'timer' sond: Jsou to sondy 'jiffies', a sondy pro časové intervaly. Časové intervaly jsou v terminologii linuxového jádra definovány v jednotkách "jiffies" (odpovídající přibližně 1 až 60 ms). Časovač aktivuje asynchronní sondy 'timer'. Překladač podporuje dvě varianty těchto sond:
Sonda je aktivována každých N jiffies. Pokud je dána komponenta 'randomize', je k hodnotě N přičteno náhodné číslo v rozmezí -M .. +M. Při tom N musí nabývat rozumných hodnot, tj. přibližně z intervalu 1 .. 1e+6, a současně M < N. Časovače neposkytují žádné kontextové proměnné. Na multiprocesorových systémech mohou tyto sondy běžet současně. Časové intervaly mohou být případně vyjádřeny i v jiných jednotkách. Příklad:
V tomto případě jsou M a N vyjádřeny v milisekundách. Analogicky je možno čas vyjadřovat v sekundách (s/sec), milisekundách (ms/msec), mikrosekundách (us/usec), nanosekundách (ns/nsec), a v hertzích (Hz). Randomizace není podporována je-li čas vyjádřen v jednotkách Hz. Skutečná přesnost časovačů závisí na konkrétním jádru. U jader starších než 2.6.17 byla nejmenší jednotka času jiffie, takže zadané časové intervaly se zaokrouhlily na celý počet jiffies. U novějších jader jsou časovače založeny na tzv. 'hrtimers' pro vyšší přesnost. Ovšem skutečná přesnost závisí na architektuře. V každém případě, pokud je dána komponenta 'randomize', pak náhodná složka bude přidána před případným zaokrouhlováním. Existují také profilovací časovače, které tikají na všech CPU frekvencí CONFIG_HZ. Na některých systémech může tento časovač používat jen jediný uživatel, na jiných systémech může být tento časovač nedostupný (EBUSY během registrace sondy).
Při použití tohoto časovače je k dispozici plný kontext přerušeného procesu, takže tento časovač je vhodný pro sbírání profilovacích vzorků. Doporučujeme používat timer.profile namísto timer.profile.tick. Obě sondy se chovají podobně, pokud je dostupná potřebná funkcionalita jádra. Ale timer.profile umí na novějších jádrech transparentně využít perf.sw.cpu_clock. Je tedy obecnější. Profilovací časovače s určenou frekvencí jsou přesné jen přibližně do 100 Hz. Poznamenejme, že pokud je frekvence 'timer' sondy příliš vysoké, a tělo sondy příliš složité, mohou být některé aktivace dané sondy přeskočeny, neboť jejich čas již uplynul. Normálně systemtap hlásí přeskočené sondy, ovšem takto přeskočené 'timer' sondy hlášeny nebudou.

LADICÍ INFORMACE (DWARF)

Tato rodina sondážních bodů používá symbolické ladicí informace k analýze jádra / modulu / programu. Ladicí informace mohou být buďto přímou součástí zkoumaného ELF objektu (unstripped), nebo samostatně stojící (stripped) např. v rámci debuginfo RPM balíčků. Umožňují umístit sondy do exekuční cesty programu prostřednictvím symbolické specifikace umístění ve zdrojovém, nebo objektovém kódu. Jakmile se odpovídající příkaz na některé CPU vykoná, spustí se obslužný kód sondy v daném kontextu. Existuje několik druhů DWARF sond založených na ladicích informacích. Mohou být specifické pro jádro, jaderný modul, či uživatelský proces. Mohou se odkazovat na zdrojový soubor, na konkrétní řádku nebo funkci v něm, anebo na nějakou kombinaci uvedeného. Zde je seznam konkrétně podporovaných DWARF sond:
(Viz sekce ANALÝZA UŽIVATELSKÝCH PROCESŮ níže) Ve výše uvedených sondách lze používat následující modifikátory / filtry, které přinášejí dodatečnou funkcionalitu: Ve výše uvedeném seznamu sondážních bodů zastupuje MPATTERN řetězcový literál, který určuje zkoumaný jaderný modul. Pokud se modul nachází v obvyklém umístění (in-tree), stačí jej určit jménem (např. "btrfs"). Jméno může obsahovat zástupné symboly, jako např. "*", "[]", a "?". Pokud se modul nachází v neobvyklém umístění (out-of-tree), je potřeba použít absolutní cestu. V tomto případě nejsou zástupné symboly přípustné. Jméno souboru musí vyhovovat konvenčnímu schématu <module_name>.ko (znaky ',' a '-' se nahradí '_'). LPATTERN je řetězcový literál, který odkazuje k umístění ve zdrojovém kódu. Může obsahovat zástupné symboly "*", "[]" a "?". Skládá se ze tří částí:

•

První část je jméno funkce, tak, jak je zobrazí program nm . V této části lze použít zástupné symboly "*" a "?" k zadání více jmen.

•

Druhá část je volitelná a začíná znakem "@". Následuje cesta ke zdrojovému souboru, který danou funkci obsahuje. Cesta může obsahovat zástupné znaky jako např 'mm/slab*'. Pokud zadanému zástupnému symbolu nic nevyhovuje, přidá překladač implicitně "*/" před daný zástupný symbol, takže v praxi stačí vyjmenovat několik posledních komponent cesty ke zdrojovému souboru.

•

Nakonec třetí část je volitelná a určuje číslo řádku ve zdrojovém kódu. Číslu řádku předchází jeden ze znaků ":", nebo "+". Předpokládá se, že číslo řádku je absolutní pokud mu předchází ":", nebo relativní vzhledem k deklaraci funkce, pokud mu předchází "+". Všechny řádky funkce lze vyjádřit jako ":*", rozsah řádků od x do y použitím ":x-y". Rozsahy a konkrétní řádky lze kombinovat, např. ":x,y-z".

Jako PATTERN lze zadat paměťovou adresu. Je to číselná konstanta odpovídající adrese v tabulce symbolů objektového souboru jádra, nebo jaderného modulu. Taková adresa bude ověřena proti známým limitům a za běhu relokována. V guru režimu lze zadat absolutní adresu jádra pomocí ".absolute". Taková adresa se považuje za již relokovanou jako jsou adresy v /proc/kallsyms, a nelze ji validovat.

KONTEXTOVÉ PROMĚNNÉ

Mnohé z kontextových proměnných, jako jsou parametry funkcí, lokální proměnné, globální proměnné viditelné v kompilační jednotce, můžou být viditelné v obslužných rutinách sond. Jejich jména mají prefix "$". Pomocí speciální syntaxe je možné do jisté míry dereferencovat ukazatele a procházet tak strukturami struktur a polí. Pěkný formátovaný výpis (pretty-printing) proměnných a jejich skupin je také možný. Viz @cast. Poznamenejme, že proměnné mohou být nedostupné kvůli stránkování paměti, nebo i z jiných důvodů. Viz též manuálovou stránku error::fault(7stap).

$var

se odkazuje k proměnné "var". Pokud jde o nějaký celočíselný typ, bude přetypován na typ 64-bit int pro použití v systemtap skriptech. Ukazatele na řetězce (char *), mohou být zkopírovány do řetězcových proměnných pomocí funkcí kernel_string nebo user_string.

@var("varname")

je alternativní syntaxe pro $varname.

@var("varname@src/file.c")

se odkazuje ke globální (jak 'file local', tak 'external') proměnné varname definované v souboru src/file.c. Za relevantní kompilační jednotku se považuje ta, která má odpovídající jméno souboru a při tom nejkratší cestu. Např. máme-li @var("foo@bar/baz.c") a kompilační jednotky src/sub/module/bar/baz.c a src/bar/baz.c, pak druhá z kompilačních jednotek bude považovaná za relevantní pro proměnnou foo.

Syntaxe $var->field slouží k procházení strukturou ukazatelů. Tento obecný

dereferenční operátor lze opakovat a procházet tak více úrovněmi zanoření. Poznamenejme, že operátor . se nepoužívá pro odkaz na člena struktury. Jak pro odkaz na člena struktury, tak pro dereferenci ukazatele se používá symbol -> neboť operátor "." je vyhrazen pro spojení řetězců. Poznamenejme, že pro přímé dereferencování ukazatele se doporučuje použít funkcí {kernel,user}_{char,int,...}($p). Více v sekci stapfuncs(5).

$return

je přístupný jen v .return sondách funkcí, které mají deklarovanou návratovou hodnotu. To lze detekovat pomocí @defined($return).

$var[N]

slouží k odkazu do pole podle daného indexu (číselný literál, nebo číselný výraz).

Pro kontextové proměnné existuje řada operátorů:

$$vars

se expanduje na znakový řetězec následujícího formátu:

 

pro každou proměnnou v rozsahu (scope) sondážního bodu. Některé proměnné mohou mít hodnotu označenou jako =? v případě, že nebyly úspěšně lokalizovány v paměťovém prostoru.

$$locals

se expanduje na podmnožinu $$vars pouze pro lokální proměnné.

$$parms

se expanduje na podmnožinu $$vars pouze pro funkční parametry.

$$return

je dostupný jen v .return sondách. Expanduje se na řetězec, který je ekvivalentní sprintf("return=%x", $return) pokud zkoumaná funkce má návratovou hodnotu (jinak bude roven prázdnému řetězci)

& $EXPR

expanduje se na adresu dané kontextové proměnné (pokud je adresovatelná).

@defined($EXPR)

Expanduje se na 1 nebo 0, pokud je daná kontextová proměnná nalezitelná. Použít lze v podmínkách jako např.:

 

$EXPR$

Se expanduje na řetězec se všemi členy $EXPR. Formát:

 

$EXPR$$

Se expanduje na řetězec se všemi členy $EXPR včetně vnořených členů. Formát:

 

NÁVRATOVÉ SONDY (RETURN PROBES)

V jaderných 'return' sondách může být zpracován jen relativně malý počet návratů ".return" z funkce. Výchozí počet je malé číslo, přibližně jen několikanásobek počtu fyzických CPU. Pokud danou funkci volá současně více vláken (jako např. futex(), nebo read()), může být tento limit snadno překročen. V tom případě bude "stap -t" hlásit přeskočené sondy 'kretprobe'. Obejít tento problém je možno použitím přípony
s dostatečně velkým NNN. Případně lze na příkazové řádce zadat
čímž se tento problém obejde pro všechny ".return" sondy ve skriptu. Pro pohodlí uživatele jsou v ".return" sondách přístupné i jiné kontextové proměnné, než jen $return. Jde zejména o parametry volání funkce. V tomto případě ale jde o kopie (snapshot) vytvořené v momentě vstupu do funkce. (Lokální proměnné funkce obecně nejsou dostupné, neboť ty v době vytváření "snapshotu" neexistovaly.) Vhodným způsobem přístupu k těmto proměnným je @entry($var). Při vstupu do funkce je možno uložit pomocné hodnoty pro pozdější využití v @entry(expr). Například tak lze změřit dobu běhu funkce:
Následující tabulka ukazuje, jak lze přistoupit ke kontextovým proměnným funkčních hodnot. Ukazatel s názvem addr je použitelný v .return sondě.

vstupní hodnota	hodnota po výstupu z funkce
$addr	not available
$addr->x->y	@cast(@entry($addr),"struct zz")->x->y
$addr[0]	{kernel,user}_{char,int,...}(& $addr[0])

SONDY NEZÁVISLÉ NA LADICÍCH INFORMACÍCH (DWARFLESS PROBES)

V případech, kdy ladicí informace nejsou k dispozici, lze do míst volání a výstupu do/z funkcí vkládat sondy z rodiny 'kprobe'. Ty ovšem neumožňují vyhledávání lokálních proměnných a/nebo parametrů funkcí. Podporovány jsou následující konstrukce:
Pro jaderné funkce doporučujeme použít sondy typu function zatímco pro analýzu modulů jsou vhodné sondy module V případech, kdy je známa absolutní adresa v jádře, nebo v modulu, lze použít sondy typu statement. Poznamenejme, že FUNCTION a MODULE nesmí obsahovat zástupné symboly, jinak sonda nebude zaregistrována. Dále pozn., že ".statement" funguje jen v guru režimu.

UŽIVATELSKÉ PROCESY (USER-SPACE)

Analýza uživatelských procesů je dostupná nad jádry, která jsou konfigurována s 'utrace', nebo 'uprobes' (3.5+) rozšířeními (jde o širokou sadu konfiguračních voleb, které musí být zapnuty, systemtap bude jejich nedostupnost ohlašovat). Existuje několik syntaktických podob sond pro uživatelské procesy. První forma:
je analogická kernel.statement(ADDRESS).absolute v tom, že obě používají syrové (raw), tj. neverifikované adresy a nezpřístupňují kontextové proměnné. Musí být zadán PID běžícího procesu a daná adresa ADDRESS by měla identifikovat validní adresu instrukce. Analyzována budou všechna vlákna. Druhá forma slouží k analyzování nesymbolických událostí obsluhovaných mechanizmem 'utrace':
process.begin sonda je aktivována při vytvoření nového procesu daného PID, nebo FULLPATH. Navíc je tato sonda volána jedenkrát z kontextu každého procesu, který za běhu systemtap skriptu vznikne. To je užitečné pro udržování seznamu běžících procesů. process.thread.begin sonda je aktivována při vytvoření nového vlákna daného PID, nebo FULLPATH. process.end sonda je aktivována při ukončení procesu daného PID, nebo FULLPATH. process.thread.end sonda je aktivována při ukončení vlákna daného PID, nebo FULLPATH. process.syscall sonda je aktivována když vlákno daného PID nebo FULLPATH zavolá systémové volání. Číslo systémového volání je přístupné v kontextové proměnné $syscall a prvních 6 funkčních argumentů v kontextových proměnných $argN (ex. $arg1, $arg2, ...). Sonda process.syscall.return sonda je aktivována když se vlákno daného PID nebo FULLPATH vrací ze systémového volání. Číslo systémového volání je přístupné v kontextové proměnné $syscall a návratová hodnota systémového volání pak v rámci kontextové proměnné $return. Sonda process.insn je aktivována pro každou atomickou instrukci procesu PID nebo FULLPATH. Sonda process.insn.block je aktivována pro blok instrukcí procesu daného PID nebo FULLPATH. Pokud je sonda specifikována bez PID, nebo FULLPATH, budou analyzována vlákna všech uživatelských procesů. Ovšem pokud byl stap volán s přepínačem -c nebo -x, pak bude brán v potaz pouze daný proces a jeho potomci. Pokud chybí jak specifikace PID, tak specifikace FULLPATH, ale je dán přepínač -c , bude cesta k programu doplněna na základě heuristiky. V tom případě jsou v rámci argumentu -c přípustné jen příkazy (tj. přípustné nejsou zejména např. substituce a nesmí se ani vyskytnout znaky '|&;<>(){}').). Třetí typ: Je založen na statické instrumentaci, která je již zakompilovaná do programů a DSO knihoven.
Sonda .mark bude aktivována, jakmile vykonávání programu dosáhne místa, kde je zapřekládána speciální značka pomocí makra STAP_PROBE1(PROVIDER,LABEL,arg1). Toto makro je definováno v sys/sdt.h. PROVIDER je volitelný identifikátor aplikace, LABEL identifikátor značky, a arg1 je celočíselný argument. Pro sondy s jedním argumentem se použije makro STAP_PROBE1, pro sondy se dvěma argumenty makro STAP_PROBE2 a tak dále. Proměnné arg1, arg2, ... argN jsou pak dostupné v kontextu sondy. Alternativou k použití makra STAP_PROBE je použít dtrace skript k vytvoření uživatelských maker. V kontextu sondy jsou též dostupné proměnné $$name a $$provider. V sys/sdt.h se definuje makro DTRACE_PROBE* jako přezdívka pro STAP_PROBE*. Poslední typ: V uživatelských programech jsou dostupné všechny varianty DWARF sond. Jsou analogické k jaderným DWARF sondám, nebo DWARF sondám pro jaderné moduly popsaným výše. Poskytují přístup ke kontextovým proměnným pro parametry funkcí, lokální proměnné atd:
Poznamenejme, že pro všechny sondy pro uživatelské procesy platí, že PATH se odkazuje k spustitelnému souboru, jehož absolutní umístění se dohledává podobně jako to dělají shelly, tj. relativně k aktuálnímu adresáři pokud obsahují lomítko "/", jinak v $PATH. Pokud se PATH odkazuje na skript, bude předmětem analýzy příslušný interpreter tak, jak je definován v prvním řádku skriptu za sekvencí #! (shebang). Pokud je PATH parametrem komponenty '.process' a odkazuje se na sdílenou DSO knihovnu, pak analyzovány budou všechny procesy, které tuto knihovnu využívají. Pokud je PATH parametrem komponenty '.library', pak analyzován bude pouze daný proces. Poznamenejme, že PATH v rámci komponenty '.library' se vždy vztahuje na knihovny, které lze z daného spustitelného souboru zjistit staticky. Nicméně vždy je možné uvést absolutní cestu k libovolné knihovně explicitně. Sonda .plt bude umístěns do 'program linkage' tabulky odpovídající zbytku definice sondážního bodu. Při tom .plt je zkratkou pro .plt("*"). Jméno symbolu je dostupné v kontextové proměnné $$name, parametry funkcí dostupné nejsou, protože PLT sondy se zpracovávají bez ladicích informací. Sonda funkce. Řetězec PATH může obsahovat zástupné symboly, jako tomu bylo v případě MPATTERN. V tomto případě nebude brán zřetel na proměnnou $PATH. Pokud je systemtap vyvolán s jedním z přepínačů -c nebo -x pak bude analýza omezena na cílový proces a jeho potomky.

JAVA

Podpora pro instrumentaci java metod je založena na nástroji Byteman, což je software sloužící k instrumentaci javy vyvíjený v rámci JBoss projektu. Systemtap tak může detekovat vykonání java metody, nebo vykonání daného řádku java programu. Instrumentace javy je založená na generování byteman skriptu a následném volání bminstall. V současnosti je instrumentace javy prototypem s významnými omezeními: Instrumentace javy nefunguje napříč uživateli. Systemtap skript musí být spuštěn stejným uživatelem, jako instrumentovaný proces. Tedy zejména, a to je ne neobvyklé, systemtap skript spuštěný rootem nemůže analyzovat java program jiného uživatele. První typ java sond se odkazuje k java procesům jménem:
Argument PNAME musí být již existující jvm PID a musí být viditelný ve výpisu programu jps. Parametr PATTERN určuje signaturu java metody, která se má instrumentovat. Signatura musí sestávat z přesného jména java metody následovaného uzávorkovaným seznamem typů argumentů. Příklad: "myMethod(int,double,Foo)". Zástupné znaky se zde nepodporují. Sondu lze vložit na konkrétní řádek připojením dvojtečky a čísla řádku jako obvykle. Příklad: "myMethod(int,double,Foo):245". Parametr CLASSNAME identifikuje Java třídu, ke které metoda náleží, a to jak s, tak bez uvedení názvu balíčku (package). Za normálních okolností bude sonda aktivní také na potomcích dané třídy, kteří ponechávají danou metodu nepředefinovanou. Nicméně, CLASSNAME přijímá volitelný prefix "^" jako např: ^org.my.MyClass, který značí, že sonda by měla být též aktivní na všech potomcích dané třídy, včetně těch, kteří danou metodu předefinovali. Například všechny metody foo(int) v programu org.my.MyApp mohou být instrumentovány takto:
Druhý typ sond funguje analogicky, ovšem odkazuje se k java procesu prostřednictvím PID:
(PID již běžícího procesu lze získat pomocí jps(1). ) Kontextové proměnné definované v java sondách zahrnují $arg1 až $arg10 (pro až 10 prvních parametrů metody), jakožto ukazatele na řetězce, které lze podle potřeby předhodit ke zpracování funkci toString(). Proměnné arg1 až arg10 zpřístupňují zmíněné argumenty metody přímo jakožto řetězce získané prostřednictvím user_string_warn(). Ve starších verzích systemtapu (3.1 a níže) obsahovaly $arg1 až $arg10 buďto celá čísla, nebo ukazatele na řetězce, v závislosti na typu odpovídajících objektů. Toto historické chování lze použít v režimu stap --compatible=3.0 .

PROCFS

Následující sondy umožňují vytvářet / číst "soubory" v /proc/systemtap/MODNAME. Při tom je možné definovat umask. výchozí hodnoty jsou 0400 pro čtecí sondy a 0200 pro zapisovací sondy. Pokud jsou na jednom souboru používány sondy jak pro čtení, tak pro zápis, pak výchozí oprávnění bude 0600. Sonda procfs.umask(0040).read způsobí nastavení oprávnění 0404 na souboru. (MODNAME je jméno systemtap modulu). Souborový (pseudo-) systém proc se používá jako uživatelské rozhraní pro datové struktury jádra. Překladač podporuje několik variant procfs sond:
PATH je cesta relativní vzhledem k /proc/systemtap/MODNAME Pokud není PATH určeno (tak jako u posledních dvou variant výše), pak PATH nabývá výchozí hodnoty "command". Název souboru "__stdin" se vnitřně používá v "input" sondách a neměl by se používat v roli PATH procfs sond; viz sekce INPUT níže. Když uživatel čte /proc/systemtap/MODNAME/PATH, aktivuje se procfs read proba. Řetězcová data ke čtení se přiřadí proměnné $value. Příklad:
Když uživatel zapisuje do /proc/systemtap/MODNAME/PATH, aktivuje se odpovídající write sonda. Data zapsaná uživatelem jsou pak dostupná v proměnné $value. Příklad:
MAXSIZE Maximální velikost procfs čtecího bufferu a procfs výstupu. Pokud MAXSIZE není nastavena, velikost čtecího bufferu se položí rovna STP_PROCFS_BUFSIZE (s výchozí hodnotou MAXSTRINGLEN, tj. maximální délka řetězce). V případě, kdy je třeba nastavit velikost čtecích bufferů pro více než jeden procfs soubor, může pomoci STP_PROCFS_BUFSIZE . Zde je příklad použití MAXSIZE:

INPUT

Tyto sondy zpřístupňují standardní vstup skriptu v době jeho běhu. Překladač podporuje dvě varianty této rodiny sond:
input.char se aktivuje po každém přečtení znaku ze standardního vstupu. Dotyčný znak je pak dostupný prostřednictvím proměnné char. Nehraje zde roli žádná vyrovnávací paměť. input.line Znaky načtené ze standardního vstupu se ukládají do vyrovnávací paměti až do okamžiku načtení znaku nového řádku. Po načtení celého řádku se tento včetně ukončovacího znaku stane dostupným prostřednictvím proměnné line. Při tom maximální délka řádku je MAXSTRINGLEN. Znaky přesahující MAXSTRINGLEN se do line nedostanou. Tyto input sondy jsou ve skutečnosti přezdívkami pro procfs("__stdin").write. Pokud uživatelský skript obsahuje procfs sondu, neměl by využívat "__stdin" jako argument "procfs" sond. Sondy "input" nefungují při použití -F a --remote voleb.

SONDY 'NETFILTER HOOKS'

Sondy 'netfilter hooks', (dále jen netfilter sondy) umožní sledování síťových paketů pomocí jaderného mechanizmu 'netfilter'. Netfilter sonda odpovídá funkci 'netfilter hook' s využitím originálního API. Pravděpodobně pohodlnější, než používání "syrových" sondážních bodů překladače, je použít příslušné tapset funkce tapset::netfilter(3stap), které poskytují praktickou obálku. Překladač podporuje několik variant netfilter sond:
PROTOCOL_F je rodina protokolů které mají být využity k poslouchání. V současností jsou k dispozici následující možnosti: NFPROTO_IPV4, NFPROTO_IPV6, NFPROTO_ARP, nebo NFPROTO_BRIDGE. HOOKNAME je bod ('hook') v rámci daného protokolu, ve kterém se zachytí paket. Seznam dostupných typů příslušných sondážních bodů nalezne čtenář v hlavičkových souborech <linux/netfilter_ipv4.h>, <linux/netfilter_ipv6.h>, <linux/netfilter_arp.h> a <linux/netfilter_bridge.h>. Například použitelné sondážní body pro NFPROTO_IPV4 jsou NF_INET_PRE_ROUTING, NF_INET_LOCAL_IN, NF_INET_FORWARD, NF_INET_LOCAL_OUT, a NF_INET_POST_ROUTING. PRIORITY Je celočíselná priorita určující pořadí aktivace netfilter sond vzhledem k ostatním 'netfilter hook' funkcím pro daný paket. Na daném paketu se nejdříve vykonají 'hetfilter hook' funkce s nejnižší prioritou, poté funkce s vyšší prioritou. Pokud PRIORITY není specifikovaná (jako je tomu v prvních dvou příkladech výše), bude efektivně PRIORITY rovna nule. Existuje řada pojmenovaných priorit tvaru NF_IP_PRI_* a NF_IP6_PRI_* , které jsou definovány v hlavičkových souborech jádra <linux/netfilter_ipv4.h> a <linux/netfilter_ipv6.h>. Tato makra mohou být použita v systemtap skriptech. Výjimkou jsou sondážní body pro NFPROTO_ARP a NFPROTO_BRIDGE pro které momentálně neexistují pojmenované priority. Přijatelné způsoby nastavení priorit:
Skript v guru režimu může určit libovolný identifikátor nebo číslo jako parametr 'hook', 'pf' a 'priority', což je vhodné používat opatrně, neboť parametr se vkládá do vygenerovaného C kódu doslovně. V rámci netfilter sond existují následující kontextové proměnné:

$hooknum

Číslo identifikující 'netfilter hook'.

$skb

adresa struktury sk_buff, která reprezentuje paket. Viz hlavičkový soubor <linux/skbuff.h> a manuálovou stránku tapset::netfilter(3stap) pro podrobnější informace.

$in

Adresa struktury net_device, která reprezentuje síťové zařízení ze kterého paket přišel. Může být 0 pokud zařízení není známo nebo definováno.

$out

Adresa struktury net_device reprezentující síťové zařízení na které má být paket odeslán. Může být 0 pokud zařízení není známo nebo definováno.

$verdict

Je dostupný jen v guru režimu. Nastavením této hodnoty (viz <linux/netfilter.h>) se rozhodne o dalším způsobu zpracování paketu v paketovém filtru. Například následující guru skript způsobí zahazování všech IPv6 paketů:

 

Pro pohodlí uživatele poskytují netfilter sondy definované v tapset::netfilter(3stap) hodnoty pro proměnnou 'verdict' jako lokální proměnné. Například proměnná 'nf_drop' obsahuje hodnotu NF_DROP.

SONDÁŽNÍ BODY TYPU 'TRACEPOINT'

Tato rodina sondážních bodů je založena na staticky zakompilovaných značkách typu 'tracepoint' (dále jen tracepoint body) vložených do jádra, nebo jaderného modulu. Systemtap umí tyto značky detekovat pomocí sondážních bodů typu 'tracepoint', dále jen 'tracepoint sondy'. Tracepoint sondy jsou spolehlivější, než sondy založené na DWARF ladicích informacích. Pro funkčnost tracepoint sond není nutná přítomnost ladicích informací. Další výhodou tracepoint sond jsou silněji typované parametry ve srovnání se značkami (markers). Příklady tracepoint sond: kernel.trace("name"). Řetězcový literál "name" může obsahovat zástupné symboly. Pro omezení sondy na konkrétní subsystém (např. sched, ext3, atd...), lze využít následující syntaxe: kernel.trace("subsystém:jméno"). Obslužný kód pro tracepoint sondy může číst volitelné parametry, které autoři tracepoint bodů připravili. Například sondážní bod kernel.trace("sched:sched_switch") poskytuje parametry $prev a $next. Pokud je parametrem ukazatel, lze jej dereferencovat pomocí stejné syntaxe jako je tomu u DWARF sond. Hodnoty parametrů tracepoint sond nelze modifikovat. V guru režimu lze ovšem modifikovat proměnné dereferencované pomocí parametrů tracepoint sond. Jméno subsystému a jméno tracepoint bodu je přístupné prostřednictvím proměnných $$system resp. $$name a řetězcová reprezentace párů jméno=hodnota je pak dostupná prostřednictvím $$vars nebo $$parms.

JADERNÉ ZNAČKY (KERNEL MARKERS) (ZASTARALÉ)

Tato rodina sondážních bodů je postavena na poněkud zastaralém mechanizmu statických značek, které se vyskytují ve starších jádrech a jaderných modulech. Jde o makra STAP_MARK, které do jádra vložili vývojáři aby usnadnili instrumentaci jádra a učinili ji spolehlivou. Proto DWARF ladicí informace nejsou pro tento typ instrumentace potřeba. Sondážní bod pro jadernou značku začíná kernel. další částí je jméno značky samotné: mark("name"). Řetězec vyjadřující jméno značky může obsahovat obvyklé zástupné symboly a porovnává se proti vývojářem zavedenému jménu značky. Volitelně lze uvést formát: format("format"), čímž se odliší značky se stejným jménem, ale odlišným označením pro formát. Obslužný kód pro tento typ sond může číst parametry, které mohou být v místě značky dostupné jako: $arg1 až $argNN, Kde NN je počet parametrů podporovaných makrem. Parametry mohou být řetězcového a celočíselného typu. Hodnota atributu 'format' značky je dostupná v proměnné $format. Hodnota atributu 'name' v $name.

HARDWAROVÉ BODY ZASTAVENÍ (HARDWARE BREAKPOINTS)

Tato skupina sond slouží k nastavení hardwarových bodů zastavení pro daný globální symbol jádra. Příslušné sondy sestávají ze tří komponent: 1. virtuální adresa" / "jméno zkoumaného symbolu jádra se předává jako argument této třídě sond. Podporovány jsou pouze sondy pro proměnné v datovém segmentu. Analýzu lokálních proměnných nelze provést. 2. Způsob přístupu : a. sonda .write se aktivuje, jakmile dojde na zadané adrese / symbolu k zápisu. b. sonda rw se aktivuje, jakmile dojde na zadané adrese / symbolu ke čtení. 3. .length (volitelné) uživatel má možnost vymezit rozsah adres pro analýzu pomocí "length". Uživatelem určená hodnota se zaokrouhlí na nejbližší hardwarem podporovanou hodnotu. Pokud se hodnota 'length' nezadá, položí ji překladač rovnu jedné. Pozn., že 'length' nelze použít v kombinaci se symbolickými jmény. Podporovány jsou následující syntaktické konstrukce.
Tato skupina sond využívá ladicí registry procesoru, což je vzácný zdroj. Architektura x86_64 nabízí čtyři ladicí registry, powerpc jen jeden. Pokud se uživatel pokusí využít více ladicích registrů, než kolik jich má k dispozici, překlad skončí chybou ve fázi 2.

PERF SONDY

Tato skupina sond je rozhraním pro infrastrukturu jádra "perf event", která pracuje s hardwarovými počitadly (hardware performance counters). Událost, se kterou se má proba svázat, se specifikuje pomocí atributů "type" a "config" struktury perf_event_attr. Vzorkovací frekvence se určí pomocí atributů "sample_period" nebo "sample_freq". Tento typ sond používá následující syntaxi:
Obslužná rutina sondy se při použití '.sample' zavolá jednou za XX inkrementů daného počitadla, nebo, pokud se použije .hz, po uplynutí periody dané frekvence. Bez specifikace položí překladač XX rovno 1000000. Platný rozsah je specifikován v popisu systémového volání perf_event_open(2) a / nebo v hlavičkovém souboru linux/perf_event.h. Neplatné nastavení skončí chybou překladu. Kontrola platnosti zadaných hodnot se provádí v rámci jádra. Za normálních okolností je .perf sonda platná pro celý systém. Pokud se určí .process, pak jen pro daný uživatelský proces. Pokud se vynechá jméno procesu, pokusí se ho překladač odvodit z -c. Událost lze číst použitím '.counter'. Obslužná rutina perf sondy se pro .counter nezavolá, ale počitadlo lze číst pomocí následující syntaxe:

process("PROC").statement("func@file") {stat <<< @perf("NAME")}

PYTHON

S použitím speciálního python modulu je možné analyzovat python 2 a python 3 funkce. K tomu je potřeba mít nainstalované ladicí informace pro příslušný python. Zmíněný modul lze použít takto:
Příslušné sondy potom vypadají takto:
Výše zmíněná ukázka obsahuje následující modifikátory: PATTERN představuje řetězcový literál, který určuje pozici v python programu. Skládá se ze tří částí:

•

První částí je jméno funkce (například "foo"), nebo metody (například "bar.baz"). V této části lze používat také zástupné symboly "*" a "?".

•

Druhá část je volitelná a začíná znakem "@". Za ní následuje cesta k souboru, který obsahuje danou funkci/metodu. Zde lze taktéž použít zástupné symboly "*" a "?". Pro vyhledávání ze vezme v potaz "python path".

•

Poslední, třetí volitelnou částí, je speecifikace čísla řádku ve zdrojovém souboru. Číslo řádku se zapisuje za dvojtečku ":", nebo plus "+". V případě dvojtečky se číslo řádku interpretuje jako absolutní číslo řádku, v případě plusu jako relativní vzhledem k deklaraci funkce. Všechny řádky dané funkce lze označit zápisem ":*". Rozsah řádků se zapíše jako ":x-y", či ":x,y-z".

MPATTERN zastupuje název python modulu, nebo skriptu, který se na python modul odkazuje. I zde lze použít zástupné znaky "*" a "?". Daný název souboru se hledá v rámci "python path".

PŘÍKLADY

Zde uvádíme několik konkrétních příkladů sond.

begin, end, end

odkazuje se k začátku a k normálnímu ukončení sezení. V tomto případě se obslužná rutina provede jednou při začátku sezení, a dvakrát při jeho normálním ukončení.

timer.jiffies(1000).randomize(200)

sonda se aktivuje periodicky každých 1000 +/- 200 jiffies.

kernel.function("*init*"), kernel.function("*exit*")

odkazuje se ke všem jaderným funkcím, jejichž jméno obsahuje podřetězec "init", nebo "exit".

kernel.function("*@kernel/time.c:240")

odkazuje se k libovolné funkci z "kernel/time.c", kde část jejího těla leží na řádku 240. Poznamenejme, že v tomto případě nejde o sondu vloženou na daný řádek. Pro vložení sondy na daný řádek použijte kernel.statement .

kernel.trace("sched_*")

odkazuje se ke všem 'tracepoint' bodům s prefixem "sched_", tj. souvisejícím s časovačem.

kernel.mark("getuid")

odkazuje se k zastaralému jadernému makru STAP_MARK(getuid, ...).

module("usb*").function("*sync*").return

odkazuje se k bodu návratu ze všech funkcí, které obsahují "sync" ve svém jméně a nachází se v některém z USB modulů.

kernel.statement(0xc0044852)

odkazuje se k prvnímu bajtu příkazu, jehož přeložené instrukce leží na dané adrese v jádře.

kernel.statement("*@kernel/time.c:296")

odkazuje se k příkazu na řádku 290 v souboru "kernel/time.c".

kernel.statement("bio_init@fs/bio.c+3")

odkazuje se k příkazu na řádku bio_init+3 v souboru "fs/bio.c".

kernel.data("pid_max").write

odkazuje se k hardwarovému breakpointu typu "write" nastavenému na pid_max.

syscall.*.return

odkazuje se ke skupině přezdívek sond s libovolným jménem druhé komponenty.

VIZ TÉŽ

stap(1),
probe::*(3stap),
tapset::*(3stap)