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Linux下systemtap和火焰图介绍及安装

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一、Systemtap介绍及安装

SystemTap 是对 Linux 内核监控和跟踪的工具详细的介绍及说明见官网
官网:SystemTap

1.1  环境检测

安装前我们需要检测一下操作系统版本命令如下:
# uname -r
3.10.0-327.el7.x86_64
 
# cat /etc/RedHat-release
CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)
 
我这里使用的CentOS 7.2,下面的介绍的安装方法是在CentOS 上的方法
 

1.2 安装SystemTap

安装部署SystemTap需要以下两个包:
systemtap
systemtap-runtime
 
在root权限下,使用yum安装,命令如下:
yum install systemtap systemtap-runtime
 
在使用SystemTap前,需要安装内核信息包,一般情况下,运行如下命令安装:
stap-prep
 
运行命令后往往会失败,安装不成功,安装失败后可以手动安装内核信息包。
我的服务器报的错误如下:
No package kernel-debuginfo-3.10.0-514.el7.x86_64 available.  Error: Nothing to do  Loaded plugins: fastestmirror, langpacks  enabling epel-debuginfo  Loading mirror speeds from cached hostfile  Could not find debuginfo for main pkg: kernel-3.10.0-514.el7.x86_64  No debuginfo packages available to install  package kernel-debuginfo-3.10.0-514.el7.x86_64 is not installed  problem installing rpm(s) kernel-debuginfo-3.10.0-514.el7.x86_64

1.3 手动安装内核信息包

需要的安装包如下:
kernel-debuginfo 
kernel-debuginfo-common
kernel-devel
 
需要安装与你内核版本一致的安装包,运行命令查看版本:
# uname -r
3.10.0-327.el7.x86_64
 
可以指定你的内核是 3.10.0-327.el7.x86_64,因此你需要的包如下:
kernel-debuginfo-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm
kernel-debuginfo-common-x86_64-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm
kernel-devel-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm
 
重要!!!!注意:这三个包必须与你的内核版本匹配,否则会安装不成功
 
下载这三个 rpm 包,到 http://rpm.pbone.net 这个网站去下载。或者最简单的在 google 搜索包名。
分别安装这三个包:
rpm -ivh kernel-debuginfo-common-x86_64-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm
rpm -ivh kernel-debuginfo-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm
rmp -ivh kernel-devel-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm
 
也可以尝试使用yum安装,这里就不再赘述。
 

1.4  测试

测试一下是否安装部署成功,如何测试呢?运行如下命令:
stap -v -e ‘probe vfs.read {printf(“read performedn”); exit()}’
 
部署失败提示如下:
# stap -v -e 'probe vfs.read {printf("read performedn"); exit()}'  Pass 1: parsed user script and 119 library scripts using 220240virt/33264res/3272shr/30276data kb, in 320usr/20sys/717real ms.  semantic error: while resolving probe point: identifier 'kernel' at /usr/share/systemtap/tapset/linux/vfs.stp:882:18          source: probe vfs.read = kernel.function("vfs_read")                                   ^    semantic error: missing x86_64 kernel/module debuginfo [man warning::debuginfo] under '/lib/modules/3.10.0-514.el7.x86_64/build'    semantic error: while resolving probe point: identifier 'vfs' at <input>:1:7          source: probe vfs.read {printf("read performedn"); exit()}                        ^    semantic error: no match    Pass 2: analyzed script: 0 probes, 0 functions, 0 embeds, 0 globals using 234228virt/47084res/5204shr/42164data kb, in 110usr/190sys/899real ms.  Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install kernel-3.10.0-514.el7.x86_64  Pass 2: analysis failed.  [man error::pass2]

部署成功提示如下:
# stap -v -e 'probe vfs.read {printf("read performedn"); exit()}'  Pass 1: parsed user script and 119 library scripts using 220244virt/33264res/3272shr/30280data kb, in 360usr/30sys/530real ms.  Pass 2: analyzed script: 1 probe, 1 function, 4 embeds, 0 globals using 351120virt/165268res/4472shr/161156data kb, in 1700usr/440sys/3951real ms.  Pass 3: translated to C into "/tmp/stapeOM1BT/stap_bbe80ab58c56cba7fc7b6efecaadacb6_1647_src.c" using 351120virt/165564res/4768shr/161156data kb, in 10usr/50sys/63real ms.  Pass 4: compiled C into "stap_bbe80ab58c56cba7fc7b6efecaadacb6_1647.ko" in 1880usr/490sys/4598real ms.  Pass 5: starting run.  read performed  Pass 5: run completed in 10usr/40sys/406real ms.

二、火焰图介绍及安装

2.1 介绍

官网:火焰图(FlameGraphs)
火焰图(Flame Graph)是由 `Linux` 性能优化大师 `Brendan Gregg` 发明的。它是定位疑难杂症的神器,比如 `CPU` 占用高、内存泄漏等问题。
 
纵向表示调用栈的深度,横向表示消耗时间。因为调用栈在横向会按照字母排序,并且同样的调用栈会做合并,所以,一个格子的宽度越大越说明其可能是瓶颈。
综上所述,主要就是看那些比较宽大的火苗,特别留意那些类似平顶山的火苗。
 
火焰图例子:
Linux下systemtap和火焰图介绍及安装

2.2 安装

火焰图的安装比较简单,只需要把脚本从github上down下来即可,命令如下:
git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph
 

2.3 生成火焰图

生成火焰图一般需要以下几个步骤
1)、抓取和捕获堆栈信息:使用 perf/systemtap/dtrace工具抓取程序的运行堆栈信息。
2)、折叠堆栈:使用FlameGraph 中的 stackcollapse 程序 把抓取的信息进行分析组合;trace 工具抓取的系统程序运行每一时刻的堆栈信息, 需要对他们进行分析组合, 将重复的堆栈累计在一起, 从而体现出负载和关键路径
3)、生成火焰图:使用FlameGraph中的flamegraph.pl 分析 stackcollapse 输出的堆栈信息生成火焰图  
 
stackcollapse分很多工具,用来分析不同trace工具抓取的内核信息,比如stackcollapse-stap.pl 是用来分析 SystemTap捕获的信息。
 

三、使用

以具体的例子来说明SystemTap和FlameGraph 是如何使用的。
 

3.1 sample_bt_vfs 工具

这个工具是openresty的作者春哥写的,这个工具是在虚拟文件系统(VFS)之上采样用户空间调用栈,以便渲染出文件 I/O 火焰图,这个火焰图可以准确的反映出在任意正在运行的用户进程中,文件 I/O 数据量或者文件 I/O 延迟在不同的用户空间代码路径的分布。
工具使用详细介绍: sample_bt_vfs
工具包下载地址openresty-systemtap-toolkit
方法:git  clone https://github.com/openresty/openresty-systemtap-toolkit.git
工具放在openresty-systemtap-toolkit目录
 
以查看nginx为例
1)、使用SystemTap进行内核数据采集
运行:
$ ./sample-bt-vfs -p 12345 -t 3 > a_vfs.log  WARNING: Tracing 20636 (/opt/nginx/sbin/nginx)...  WARNING: Time's up. Quitting now...(it may take a while)  WARNING: Number of errors: 0, skipped probes: 2
参数
-p: 代表程序的PID
-t:代表要采集数据的时间
a_vfs.log: 是采集数据要保存的文件名子。
 
2)、分析组合采集的数据
运行:
$ ./FlameGraph/stackcollapse-stap.pl a_vfs.log > a_vfs.cbt

3)、生成火焰图
运行:
$ ./FlameGraph/flamegraph.pl ./a_vfs.cbt > a_vfs.svg

这里有一个 “文件 I/O 火焰图” 的例子:
 
Linux下systemtap和火焰图介绍及安装
 
a_vfs.svg就是生成的火焰图,使用浏览器打开,找到宽平的项,就是比较耗时的。
 

3.2 sample-bt 工具

这个脚本可以对你指定的 任意 用户进程进行调用栈的采样。调用栈可以是用户空间,可以是内核空间,或者是两者兼得。 它的输出是汇总后的调用栈(按照总数)。
工具详细介绍:sample-bt
例如:
./openresty-systemtap-toolkit/sample-bt-vfs -p 41046 -t 50 -ku > 17_on_cpu.log
参数
-p:代表进程ID
-t:代表采样时间 单位是秒
-u 采集用户空间调用栈信息
-k 采集内核空间调用栈信息
 
剩下的火焰图的生成方式同3.1。


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