3. ftrace环境准备

要使用 ftrace 追踪内核调度器行为，首先需要确保 Linux 内核在编译时开启了必要的追踪功能，并且正确挂载了 debugfs 文件系统。本章将详细讲解关键内核配置选项的含义、配置方法以及 debugfs 的挂载步骤。

3.1 核心内核配置选项

ftrace 的功能由一系列内核配置选项（Kconfig）控制。以下表格列出了与调度事件追踪最相关的配置项及其作用：

3.2 配置选项的依赖关系

内核配置选项之间存在严格的依赖树。下图展示了 ftrace 核心选项的依赖关系，帮助理解哪些选项是必须手动开启的：

3.3 检查与配置内核选项

在现有系统上，可以通过以下方法检查当前内核是否已开启所需选项：

1. 查看 /proc/config.gz（如果内核编译时开启了 CONFIG_IKCONFIG_PROC）：

zcat /proc/config.gz | grep -E "CONFIG_FTRACE|CONFIG_FUNCTION_TRACER|CONFIG_SCHED_TRACER"

2. 查看 /boot/config-$(uname -r)：

grep -E "CONFIG_FTRACE|CONFIG_FUNCTION_TRACER|CONFIG_SCHED_TRACER" /boot/config-$(uname -r)

3. 使用 /sys 文件系统（如果内核已运行且 debugfs 已挂载）：

ls /sys/kernel/tracing/available_tracers  # 查看可用的追踪器列表

如果输出中包含 function、function_graph、sched_switch 等，说明对应功能已启用。

3.4 挂载 debugfs 文件系统

ftrace 的用户空间接口通过 debugfs 文件系统暴露。在大多数现代 Linux 发行版中，debugfs 默认挂载在 /sys/kernel/debug 路径下，而 ftrace 的控制文件则位于 /sys/kernel/debug/tracing（或 /sys/kernel/tracing，取决于内核版本）。

3.4.1 手动挂载 debugfs

如果系统未自动挂载，可以手动执行以下命令：

# 挂载 debugfs 到 /sys/kernel/debug
mount -t debugfs none /sys/kernel/debug

# 验证挂载是否成功
mount | grep debugfs

挂载成功后，ftrace 的控制目录结构如下：

/sys/kernel/debug/tracing/
├── available_tracers      # 列出当前内核支持的追踪器
├── current_tracer         # 当前激活的追踪器
├── tracing_on             # 追踪开关（1=开启，0=关闭）
├── trace                  # 追踪结果（人类可读格式）
├── trace_pipe             # 追踪结果（流式输出）
├── set_ftrace_filter      # 函数过滤器（白名单）
├── set_ftrace_notrace     # 函数过滤器（黑名单）
├── events/                # 事件追踪子系统目录
│   ├── sched/             # 调度器事件（sched_switch, sched_wakeup 等）
│   └── ...
└── per_cpu/               # 每个 CPU 的追踪缓冲区

3.4.2 开机自动挂载

为了确保每次系统启动时 debugfs 自动挂载，可以将以下配置添加到 /etc/fstab 文件中：

# 在 /etc/fstab 末尾添加一行
debugfs  /sys/kernel/debug  debugfs  defaults  0  0

或者使用 systemd 的挂载单元（适用于 systemd 系统）：

# 创建挂载单元文件
cat <<EOF | sudo tee /etc/systemd/system/sys-kernel-debug.mount
[Unit]
Description=Debug File System
DefaultDependencies=no

[Mount]
What=debugfs
Where=/sys/kernel/debug
Type=debugfs

[Install]
WantedBy=sysinit.target
EOF

# 启用并启动
systemctl enable sys-kernel-debug.mount
systemctl start sys-kernel-debug.mount

3.5 验证 ftrace 环境

完成配置和挂载后，通过以下步骤验证环境是否准备就绪：

1. 检查 debugfs 挂载点：

ls /sys/kernel/debug/tracing/

2. 查看可用的追踪器：

cat /sys/kernel/debug/tracing/available_tracers

预期输出应包含 function、function_graph、sched_switch、wakeup、wakeup_dl 等。

3. 查看可用的调度事件：

ls /sys/kernel/debug/tracing/events/sched/

预期输出应包含 sched_switch、sched_wakeup、sched_wakeup_new、sched_migrate_task 等事件目录。

4. 快速测试追踪功能：

# 开启追踪
echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on

# 执行一些操作（如 ls 命令）
ls /tmp

# 关闭追踪
echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on

# 查看追踪结果
cat /sys/kernel/debug/tracing/trace | head -20

如果看到类似以下输出，说明 ftrace 环境已正常工作：

# tracer: nop
#
# entries-in-buffer/entries-written: 142/142   #P:4
#
#                                _-----=> irqs-off
#                               / _----=> need-resched
#                              | / _---=> hardirq/softirq
#                              || / _--=> preempt-depth
#                              ||| /     delay
#           TASK-PID     CPU#  ||||   TIMESTAMP  FUNCTION
#              | |         |   ||||      |         |
            bash-1234    [000] ....  1234.567890: sched_switch: prev_comm=bash prev_pid=1234 prev_prio=120 prev_state=R ==> next_comm=swapper/0 next_pid=0 next_prio=120

3.6 常见问题与排查