ftrace学习 —— user_events的用法

news2025/11/1 4:41:48

参考

https://docs.kernel.org/trace/user_events.html

测试程序

samples/user_events/example.c
tools/testing/selftests/user_events/ftrace_test.c

正文

通过user_event可以实现对应用程序的跟踪，类似linux内核中的tracepoint那样。相似的方法还有借助/sys/kernel/debug/tracing/trace_marker，不过，user_event提供的方法功能更加强大，可以配合perf等工具使用。

要使用user_event，大致要经过：注册、使能跟踪、写入跟踪信息、读取跟踪信息、关闭跟踪、反注册、删除。需要用到的文件节点主要是：/sys/kernel/tracing/user_events_data。

打开文件节点

	data_fd = open(data_file, O_RDWR);

注册和反注册

注册阶段用到的结构体是user_reg：

struct user_reg {
      /* Input：固定为sizeof(user_reg)*/
      __u32 size;

      /* Input: 使用下面的enable_addr的哪个bit来显示使能状态 */
      __u8 enable_bit;

      /* Input: 下面的enable_addr的字节长度，4或者8 */
      __u8 enable_size;

      /* Input: 目前还用不到，设置为0即可 */
      __u16 flags;

      /* Input: 应用通过这个地址来查看该user_event事件是否使能*/
      __u64 enable_addr;

      /* Input: 事件描述信息*/
      __u64 name_args;

      /* Output: 应用通过该事件索引向内核中写入事件内容 */
      __u32 write_index;
} __attribute__((__packed__));

反注册用到的结构体是：

struct user_unreg {
      /* Input: 固定为sizeof(user_unreg) */
      __u32 size;

      /* Input: Bit to unregister */
      __u8 disable_bit;

      /* Input: Reserved, set to 0 */
      __u8 __reserved;

      /* Input: Reserved, set to 0 */
      __u16 __reserved2;

      /* Input: Address to unregister */
      __u64 disable_addr;
} __attribute__((__packed__));

比如以下面的代码为例：

	// 这两个结构体必须初始化为0
	struct user_reg reg = {0};
	struct user_unreg unreg = {0};
	u32 check;

	reg.size = sizeof(reg);
	reg.name_args = (__u64)"__test_event0 u32 id; u32 age; char type; char[32] name";
	reg.enable_bit = 31; // 通过check的bit31来查看使能状态，不同的事件可以使用同一个变量
	reg.enable_addr = (__u64)✓
	reg.enable_size = sizeof(check);
	ioctl(data_fd, DIAG_IOCSREG, &reg); // 如果传入的reg的内容一样，那么返回的write_index也一样
	event0_index = reg.write_index;

	reg.size = sizeof(reg);
	reg.name_args = (__u64)"__test_event1 u32 money";
	reg.enable_bit = 30; // 通过check的bit30来查看使能状态
	reg.enable_addr = (__u64)check;
	reg.enable_size = sizeof(check);
	ioctl(data_fd, DIAG_IOCSREG, &reg);  // 如果传入的reg的内容一样，那么返回的write_index也一样
	event1_index = reg.write_index;

注册成功后，可以看到注册的事件：

  • 在/sys/kernel/debug/tracing/dynamic_events下面：

image

  • 在/sys/kernel/debug/tracing/events/user_events下面：

image

使能跟踪和关闭跟踪

/sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event0/enable

或者

/sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event1/enable

当改变上面的enable文件节点的值时，check变量的相应bit会随之改变。具体是：

向__test_event0/enable写入0，那么check变量的bit31是0，向__test_event0/enable写入1，那么check变量的bit31是1.

向__test_event1/enable写入0，那么check变量的bit30是0，向__test_event0/enable写入1，那么check变量的bit30是1.

写入事件

	char name[20] = "I am event0";
	io[0].iov_base = &event0_index;
	io[0].iov_len = sizeof(event0_index);
	io[1].iov_base = &id;
	io[1].iov_len = sizeof(id);
	io[2].iov_base = &age;
	io[2].iov_len = sizeof(age);
	io[3].iov_base = &type;
	io[3].iov_len = sizeof(type);
	io[4].iov_base = name;
	io[4].iov_len = sizeof(name);

	// 使能
	system("echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event0/enable");

	// 写入
	writev(data_fd, (const struct iovec *)io, 5);

	io[0].iov_base = &event1_index;
	io[0].iov_len = sizeof(event1_index);
	io[1].iov_base = &money;
	io[1].iov_len = sizeof(money);

	// 使能
	system("echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event1/enable");

	// 写入
	writev(data_fd, (const struct iovec *)io, 2);

读取跟踪日志

# perf trace -e user_events:__test_event0 -e user_events:__test_event1

或者

# cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe

可以看到如下日志：
image

反注册

	unreg.size = sizeof(unreg);
	unreg.disable_bit = 31;
	unreg.disable_addr = (__u64)✓
	ioctl(data_fd, DIAG_IOCSUNREG, &unreg);

	unreg.size = sizeof(unreg);
	unreg.disable_bit = 30;
	unreg.disable_addr = (__u64)✓
	ioctl(data_fd, DIAG_IOCSUNREG, &unreg);

删除

	// 先关闭
	close(data_fd);
	data_fd = open(data_file, O_RDWR);
	ioctl(data_fd, DIAG_IOCSDEL, "__test_event0");
	ioctl(data_fd, DIAG_IOCSDEL, "__test_event1");

下面是完整的测试程序：

#include <errno.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/uio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/user_events.h>
#include <stdlib.h>

#define BIT(n) 		(1ULL << (n))

const char *data_file = "/sys/kernel/tracing/user_events_data";
int enabled = 0;

int main(int argc, const char *argv[])
{
	int data_fd;
	struct user_reg reg = {0};
	struct user_unreg unreg = {0};
	struct iovec io[5];
	__u32 check, event0_index, event1_index;
	int id, age = 0, money = 0;
	char type = 'E', ch;

	data_fd = open(data_file, O_RDWR);
	if (data_fd < 0) {
		perror("Open failed\n");
		return -1;
	}

	reg.size = sizeof(reg);
	reg.name_args = (__u64)"__test_event0 u32 id; u32 age; char type; char[32] name";
	reg.enable_bit = 31; // 通过check的bit31来查看使能状态，不同的事件可以使用同一个变量
	reg.enable_addr = (__u64)&check;
	reg.enable_size = sizeof(check);
	if (ioctl(data_fd, DIAG_IOCSREG, &reg) < 0) {
		printf("reg event0 failed\n");
		goto out;
	}
	event0_index = reg.write_index;
	printf("event0_index: %d\n", event0_index);

	reg.name_args = (__u64)"__test_event1 u32 money; char[32] name";
	reg.enable_bit = 30; // 通过check的bit30来查看使能状态
	if (ioctl(data_fd, DIAG_IOCSREG, &reg) < 0) {
		printf("reg event1 failed\n");
		goto out;
	}
	event1_index = reg.write_index;
	printf("event1_index: %d\n", event1_index);

	system("echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event0/enable");
	system("echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event1/enable");

loop:
	printf("Press enter to write trace data, enter q to exit ...");
	ch = getchar();

	if (ch == 'q') {
		system("echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event0/enable");
		system("echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/user_events/__test_event1/enable");

		unreg.size = sizeof(unreg);
		unreg.disable_bit = 31;
		unreg.disable_addr = (__u64)&check;
		if (ioctl(data_fd, DIAG_IOCSUNREG, &unreg) < 0) {
			printf("unreg event0 failed\n");
			goto out;
		}
		printf("unreg event0 success\n");

		unreg.disable_bit = 30;
		if (ioctl(data_fd, DIAG_IOCSUNREG, &unreg) < 0) {
			printf("unreg event1 failed\n");
			goto out;
		}
		printf("unreg event1 success\n");

		close(data_fd);
		data_fd = open(data_file, O_RDWR);
		if (ioctl(data_fd, DIAG_IOCSDEL, "__test_event0") < 0) {
			printf("del event0 failed\n");
			goto out;
		}
		printf("del event0 success\n");

		if (ioctl(data_fd, DIAG_IOCSDEL, "__test_event1") < 0) {
			printf("del event1 failed\n");
			goto out;
		}
		printf("del event1 success\n");

		close(data_fd);
		return 0;
	}

	if (check & BIT(31)) {

		char name[32] = "I am event0";

		id = 0x10;
		io[0].iov_base = &event0_index;
		io[0].iov_len = sizeof(event0_index);
		io[1].iov_base = &id;
		io[1].iov_len = sizeof(id);
		io[2].iov_base = &age;
		io[2].iov_len = sizeof(age);
		io[3].iov_base = &type;
		io[3].iov_len = sizeof(type);
		io[4].iov_base = name;
		io[4].iov_len = sizeof(name);

		printf("\t write event0\n");

		writev(data_fd, (const struct iovec *)io, 5);

		age++;
	}

	if (check & BIT(30)) {

		char name[32] = "I am event1";

		io[0].iov_base = &event1_index;
		io[0].iov_len = sizeof(event1_index);
		io[1].iov_base = &money;
		io[1].iov_len = sizeof(money);
		io[2].iov_base = &name;
		io[2].iov_len = sizeof(name);

		printf("\t write event1\n");

		writev(data_fd, (const struct iovec *)io, 3);

		money++;
	}

	goto loop;

out:
	return 0;
}

完。

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