📚 课程目录第4章 Ftrace基础使用

4. Ftrace基础使用：挂载tracefs、查看可用tracer、切换tracer、读取trace输出

Ftrace 是 Linux 内核内置的跟踪框架，其用户态接口通过 tracefs 虚拟文件系统暴露。本章将带领你完成 Ftrace 的初始化配置与基本操作流程，包括挂载文件系统、查看可用跟踪器、切换跟踪器以及读取跟踪输出。这些操作是后续深入分析函数调用链与中断上下文的基础。

4.1 挂载 tracefs

tracefs 通常自动挂载于 /sys/kernel/tracing，但在某些发行版中需要手动挂载。挂载后，所有 Ftrace 控制文件与输出文件均位于该目录下。

挂载命令

# 检查是否已挂载
mount | grep tracefs

# 手动挂载 tracefs 到标准路径
mount -t tracefs tracefs /sys/kernel/tracing

# 或挂载到自定义路径（不推荐）
mount -t tracefs tracefs /mytrace

验证挂载

挂载成功后，/sys/kernel/tracing 目录下应包含以下关键文件与目录：

文件/目录	说明
`available_tracers`	列出当前内核支持的所有跟踪器
`current_tracer`	当前激活的跟踪器名称（可写）
`trace`	跟踪输出（人类可读格式）
`tracing_on`	跟踪开关（1=开启，0=关闭）
`set_ftrace_filter`	函数过滤白名单
`set_ftrace_notrace`	函数过滤黑名单

提示： 如果 /sys/kernel/tracing 不存在，请确认内核编译时启用了 CONFIG_TRACING 和 CONFIG_TRACEFS。使用 zcat /proc/config.gz | grep TRACING 检查内核配置。

4.2 查看可用 tracer

通过读取 available_tracers 文件，可以获取当前内核支持的所有跟踪器列表。不同内核版本或配置下，可用跟踪器可能有所不同。

cat /sys/kernel/tracing/available_tracers

典型输出示例：

hwlat blk mmiotrace function_graph wakeup_dl wakeup_rt wakeup function nop

常用跟踪器说明

跟踪器名称	用途	适用场景
nop	空跟踪器（不执行任何跟踪）	关闭跟踪、重置状态
function	跟踪内核函数调用（仅记录函数入口）	函数调用统计、调用频次分析
function_graph	跟踪函数调用图（入口+出口，显示调用深度）	函数调用链分析、延迟定位
wakeup	跟踪进程唤醒延迟	实时性分析、调度延迟测量
wakeup_rt	跟踪实时进程唤醒延迟	RT 任务调度性能
wakeup_dl	跟踪 Deadline 调度类唤醒延迟	SCHED_DEADLINE 分析
hwlat	检测硬件延迟（SMIs、NMIs 等）	硬件干扰排查
blk	块设备 I/O 跟踪	存储性能分析
mmiotrace	MMIO 内存映射 I/O 跟踪	驱动调试、硬件寄存器访问跟踪

  关键点： function_graph 是函数调用链分析的核心跟踪器，它不仅能记录函数进入和退出，还能通过缩进直观展示调用深度。本课程后续章节将大量使用该跟踪器。

4.3 切换 tracer

通过向 current_tracer 文件写入跟踪器名称，即可动态切换当前激活的跟踪器。切换前建议先关闭跟踪（tracing_on = 0），以避免数据混乱。

切换步骤

关闭跟踪：echo 0 > /sys/kernel/tracing/tracing_on
清空缓冲区（可选）：echo > /sys/kernel/tracing/trace
写入跟踪器名称：echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
验证切换：cat /sys/kernel/tracing/current_tracer
开启跟踪：echo 1 > /sys/kernel/tracing/tracing_on

# 完整切换示例：切换到 function_graph
echo 0 > /sys/kernel/tracing/tracing_on
echo > /sys/kernel/tracing/trace
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
cat /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo 1 > /sys/kernel/tracing/tracing_on

注意： 写入 current_tracer 时，跟踪器名称必须与 available_tracers 中的名称完全一致（包括大小写）。如果写入无效名称，系统会静默失败并保留当前跟踪器。建议写入后立即 cat 验证。

4.4 读取 trace 输出

跟踪数据通过 trace 文件以人类可读的文本格式输出。读取该文件即可获取当前缓冲区中的所有跟踪记录。

基本读取命令

# 读取全部跟踪输出
cat /sys/kernel/tracing/trace

# 实时跟踪（类似 tail -f）
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe

输出字段解析（以 function_graph 为例）

# tracer: function_graph
#
# CPU  DURATION                  FUNCTION CALLS
# |     |   |                     |   |   |   |
 0)   1.234 us    |                  __fdget();
 0)   2.345 us    |                  __fget_light();
 0)               |                  __fget_files() {
 0)   0.567 us    |                    __rcu_read_lock();
 0)   0.890 us    |                    __rcu_read_unlock();
 0)   3.802 us    |                  }

字段	说明
CPU	执行该函数的 CPU 编号
DURATION	函数执行耗时（仅 function_graph 在函数退出时显示）
FUNCTION CALLS	函数调用链，缩进表示调用深度，`{` 表示函数入口，`}` 表示函数出口
# 注释行	以 `#` 开头的行为元信息，包括当前跟踪器名称、字段标题等

trace_pipe vs trace

特性	trace	trace_pipe
读取方式	一次性读取全部缓冲区	阻塞读取，持续输出新数据
缓冲区影响	读取后数据保留	读取后数据从缓冲区移除
适用场景	离线分析、快照查看	实时监控、流式处理

技巧： 使用 trace_pipe 进行实时跟踪时，可以配合 Ctrl+C 中断。如果希望同时保存输出，可以使用 cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe > trace.log 重定向到文件。

4.5 完整操作示例

以下是一个完整的操作序列，演示从挂载 tracefs 到读取 function_graph 输出的全过程：

# 1. 挂载 tracefs（如未自动挂载）
mount -t tracefs tracefs /sys/kernel/tracing

# 2. 查看可用跟踪器
cat /sys/kernel/tracing/available_tracers

# 3. 切换到 function_graph
echo 0 > /sys/kernel/tracing/tracing_on
echo > /sys/kernel/tracing/trace
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo 1 > /sys/kernel/tracing/tracing_on

# 4. 等待几秒，产生一些内核活动

# 5. 读取跟踪输出
cat /sys/kernel/tracing/trace | head -50

# 6. 恢复为 nop 跟踪器
echo 0 > /sys/kernel/tracing/tracing_on
echo nop > /sys/kernel/tracing/current_tracer

  总结： 本章完成了 Ftrace 的四个基础操作——挂载、查看、切换、读取。掌握这些操作后，你已经具备了使用 Ftrace 进行内核跟踪的基本能力。下一阶段将深入 function_graph 的过滤与配置，实现精准的函数调用链捕获。