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[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / trace / kprobes.rst
1 =======================
2 Kernel Probes (Kprobes)
3 =======================
4
5 :Author: Jim Keniston <jkenisto@us.ibm.com>
6 :Author: Prasanna S Panchamukhi <prasanna.panchamukhi@gmail.com>
7 :Author: Masami Hiramatsu <mhiramat@redhat.com>
8
9 .. CONTENTS
10
11   1. Concepts: Kprobes, and Return Probes
12   2. Architectures Supported
13   3. Configuring Kprobes
14   4. API Reference
15   5. Kprobes Features and Limitations
16   6. Probe Overhead
17   7. TODO
18   8. Kprobes Example
19   9. Kretprobes Example
20   10. Deprecated Features
21   Appendix A: The kprobes debugfs interface
22   Appendix B: The kprobes sysctl interface
23   Appendix C: References
24
25 Concepts: Kprobes and Return Probes
26 =========================================
27
28 Kprobes enables you to dynamically break into any kernel routine and
29 collect debugging and performance information non-disruptively. You
30 can trap at almost any kernel code address [1]_, specifying a handler
31 routine to be invoked when the breakpoint is hit.
32
33 .. [1] some parts of the kernel code can not be trapped, see
34        :ref:`kprobes_blacklist`)
35
36 There are currently two types of probes: kprobes, and kretprobes
37 (also called return probes).  A kprobe can be inserted on virtually
38 any instruction in the kernel.  A return probe fires when a specified
39 function returns.
40
41 In the typical case, Kprobes-based instrumentation is packaged as
42 a kernel module.  The module's init function installs ("registers")
43 one or more probes, and the exit function unregisters them.  A
44 registration function such as register_kprobe() specifies where
45 the probe is to be inserted and what handler is to be called when
46 the probe is hit.
47
48 There are also ``register_/unregister_*probes()`` functions for batch
49 registration/unregistration of a group of ``*probes``. These functions
50 can speed up unregistration process when you have to unregister
51 a lot of probes at once.
52
53 The next four subsections explain how the different types of
54 probes work and how jump optimization works.  They explain certain
55 things that you'll need to know in order to make the best use of
56 Kprobes -- e.g., the difference between a pre_handler and
57 a post_handler, and how to use the maxactive and nmissed fields of
58 a kretprobe.  But if you're in a hurry to start using Kprobes, you
59 can skip ahead to :ref:`kprobes_archs_supported`.
60
61 How Does a Kprobe Work?
62 -----------------------
63
64 When a kprobe is registered, Kprobes makes a copy of the probed
65 instruction and replaces the first byte(s) of the probed instruction
66 with a breakpoint instruction (e.g., int3 on i386 and x86_64).
67
68 When a CPU hits the breakpoint instruction, a trap occurs, the CPU's
69 registers are saved, and control passes to Kprobes via the
70 notifier_call_chain mechanism.  Kprobes executes the "pre_handler"
71 associated with the kprobe, passing the handler the addresses of the
72 kprobe struct and the saved registers.
73
74 Next, Kprobes single-steps its copy of the probed instruction.
75 (It would be simpler to single-step the actual instruction in place,
76 but then Kprobes would have to temporarily remove the breakpoint
77 instruction.  This would open a small time window when another CPU
78 could sail right past the probepoint.)
79
80 After the instruction is single-stepped, Kprobes executes the
81 "post_handler," if any, that is associated with the kprobe.
82 Execution then continues with the instruction following the probepoint.
83
84 Changing Execution Path
85 -----------------------
86
87 Since kprobes can probe into a running kernel code, it can change the
88 register set, including instruction pointer. This operation requires
89 maximum care, such as keeping the stack frame, recovering the execution
90 path etc. Since it operates on a running kernel and needs deep knowledge
91 of computer architecture and concurrent computing, you can easily shoot
92 your foot.
93
94 If you change the instruction pointer (and set up other related
95 registers) in pre_handler, you must return !0 so that kprobes stops
96 single stepping and just returns to the given address.
97 This also means post_handler should not be called anymore.
98
99 Note that this operation may be harder on some architectures which use
100 TOC (Table of Contents) for function call, since you have to setup a new
101 TOC for your function in your module, and recover the old one after
102 returning from it.
103
104 Return Probes
105 -------------
106
107 How Does a Return Probe Work?
108 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
109
110 When you call register_kretprobe(), Kprobes establishes a kprobe at
111 the entry to the function.  When the probed function is called and this
112 probe is hit, Kprobes saves a copy of the return address, and replaces
113 the return address with the address of a "trampoline."  The trampoline
114 is an arbitrary piece of code -- typically just a nop instruction.
115 At boot time, Kprobes registers a kprobe at the trampoline.
116
117 When the probed function executes its return instruction, control
118 passes to the trampoline and that probe is hit.  Kprobes' trampoline
119 handler calls the user-specified return handler associated with the
120 kretprobe, then sets the saved instruction pointer to the saved return
121 address, and that's where execution resumes upon return from the trap.
122
123 While the probed function is executing, its return address is
124 stored in an object of type kretprobe_instance.  Before calling
125 register_kretprobe(), the user sets the maxactive field of the
126 kretprobe struct to specify how many instances of the specified
127 function can be probed simultaneously.  register_kretprobe()
128 pre-allocates the indicated number of kretprobe_instance objects.
129
130 For example, if the function is non-recursive and is called with a
131 spinlock held, maxactive = 1 should be enough.  If the function is
132 non-recursive and can never relinquish the CPU (e.g., via a semaphore
133 or preemption), NR_CPUS should be enough.  If maxactive <= 0, it is
134 set to a default value.  If CONFIG_PREEMPT is enabled, the default
135 is max(10, 2*NR_CPUS).  Otherwise, the default is NR_CPUS.
136
137 It's not a disaster if you set maxactive too low; you'll just miss
138 some probes.  In the kretprobe struct, the nmissed field is set to
139 zero when the return probe is registered, and is incremented every
140 time the probed function is entered but there is no kretprobe_instance
141 object available for establishing the return probe.
142
143 Kretprobe entry-handler
144 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
145
146 Kretprobes also provides an optional user-specified handler which runs
147 on function entry. This handler is specified by setting the entry_handler
148 field of the kretprobe struct. Whenever the kprobe placed by kretprobe at the
149 function entry is hit, the user-defined entry_handler, if any, is invoked.
150 If the entry_handler returns 0 (success) then a corresponding return handler
151 is guaranteed to be called upon function return. If the entry_handler
152 returns a non-zero error then Kprobes leaves the return address as is, and
153 the kretprobe has no further effect for that particular function instance.
154
155 Multiple entry and return handler invocations are matched using the unique
156 kretprobe_instance object associated with them. Additionally, a user
157 may also specify per return-instance private data to be part of each
158 kretprobe_instance object. This is especially useful when sharing private
159 data between corresponding user entry and return handlers. The size of each
160 private data object can be specified at kretprobe registration time by
161 setting the data_size field of the kretprobe struct. This data can be
162 accessed through the data field of each kretprobe_instance object.
163
164 In case probed function is entered but there is no kretprobe_instance
165 object available, then in addition to incrementing the nmissed count,
166 the user entry_handler invocation is also skipped.
167
168 .. _kprobes_jump_optimization:
169
170 How Does Jump Optimization Work?
171 --------------------------------
172
173 If your kernel is built with CONFIG_OPTPROBES=y (currently this flag
174 is automatically set 'y' on x86/x86-64, non-preemptive kernel) and
175 the "debug.kprobes_optimization" kernel parameter is set to 1 (see
176 sysctl(8)), Kprobes tries to reduce probe-hit overhead by using a jump
177 instruction instead of a breakpoint instruction at each probepoint.
178
179 Init a Kprobe
180 ^^^^^^^^^^^^^
181
182 When a probe is registered, before attempting this optimization,
183 Kprobes inserts an ordinary, breakpoint-based kprobe at the specified
184 address. So, even if it's not possible to optimize this particular
185 probepoint, there'll be a probe there.
186
187 Safety Check
188 ^^^^^^^^^^^^
189
190 Before optimizing a probe, Kprobes performs the following safety checks:
191
192 - Kprobes verifies that the region that will be replaced by the jump
193   instruction (the "optimized region") lies entirely within one function.
194   (A jump instruction is multiple bytes, and so may overlay multiple
195   instructions.)
196
197 - Kprobes analyzes the entire function and verifies that there is no
198   jump into the optimized region.  Specifically:
199
200   - the function contains no indirect jump;
201   - the function contains no instruction that causes an exception (since
202     the fixup code triggered by the exception could jump back into the
203     optimized region -- Kprobes checks the exception tables to verify this);
204   - there is no near jump to the optimized region (other than to the first
205     byte).
206
207 - For each instruction in the optimized region, Kprobes verifies that
208   the instruction can be executed out of line.
209
210 Preparing Detour Buffer
211 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
212
213 Next, Kprobes prepares a "detour" buffer, which contains the following
214 instruction sequence:
215
216 - code to push the CPU's registers (emulating a breakpoint trap)
217 - a call to the trampoline code which calls user's probe handlers.
218 - code to restore registers
219 - the instructions from the optimized region
220 - a jump back to the original execution path.
221
222 Pre-optimization
223 ^^^^^^^^^^^^^^^^
224
225 After preparing the detour buffer, Kprobes verifies that none of the
226 following situations exist:
227
228 - The probe has a post_handler.
229 - Other instructions in the optimized region are probed.
230 - The probe is disabled.
231
232 In any of the above cases, Kprobes won't start optimizing the probe.
233 Since these are temporary situations, Kprobes tries to start
234 optimizing it again if the situation is changed.
235
236 If the kprobe can be optimized, Kprobes enqueues the kprobe to an
237 optimizing list, and kicks the kprobe-optimizer workqueue to optimize
238 it.  If the to-be-optimized probepoint is hit before being optimized,
239 Kprobes returns control to the original instruction path by setting
240 the CPU's instruction pointer to the copied code in the detour buffer
241 -- thus at least avoiding the single-step.
242
243 Optimization
244 ^^^^^^^^^^^^
245
246 The Kprobe-optimizer doesn't insert the jump instruction immediately;
247 rather, it calls synchronize_rcu() for safety first, because it's
248 possible for a CPU to be interrupted in the middle of executing the
249 optimized region [3]_.  As you know, synchronize_rcu() can ensure
250 that all interruptions that were active when synchronize_rcu()
251 was called are done, but only if CONFIG_PREEMPT=n.  So, this version
252 of kprobe optimization supports only kernels with CONFIG_PREEMPT=n [4]_.
253
254 After that, the Kprobe-optimizer calls stop_machine() to replace
255 the optimized region with a jump instruction to the detour buffer,
256 using text_poke_smp().
257
258 Unoptimization
259 ^^^^^^^^^^^^^^
260
261 When an optimized kprobe is unregistered, disabled, or blocked by
262 another kprobe, it will be unoptimized.  If this happens before
263 the optimization is complete, the kprobe is just dequeued from the
264 optimized list.  If the optimization has been done, the jump is
265 replaced with the original code (except for an int3 breakpoint in
266 the first byte) by using text_poke_smp().
267
268 .. [3] Please imagine that the 2nd instruction is interrupted and then
269    the optimizer replaces the 2nd instruction with the jump *address*
270    while the interrupt handler is running. When the interrupt
271    returns to original address, there is no valid instruction,
272    and it causes an unexpected result.
273
274 .. [4] This optimization-safety checking may be replaced with the
275    stop-machine method that ksplice uses for supporting a CONFIG_PREEMPT=y
276    kernel.
277
278 NOTE for geeks:
279 The jump optimization changes the kprobe's pre_handler behavior.
280 Without optimization, the pre_handler can change the kernel's execution
281 path by changing regs->ip and returning 1.  However, when the probe
282 is optimized, that modification is ignored.  Thus, if you want to
283 tweak the kernel's execution path, you need to suppress optimization,
284 using one of the following techniques:
285
286 - Specify an empty function for the kprobe's post_handler.
287
288 or
289
290 - Execute 'sysctl -w debug.kprobes_optimization=n'
291
292 .. _kprobes_blacklist:
293
294 Blacklist
295 ---------
296
297 Kprobes can probe most of the kernel except itself. This means
298 that there are some functions where kprobes cannot probe. Probing
299 (trapping) such functions can cause a recursive trap (e.g. double
300 fault) or the nested probe handler may never be called.
301 Kprobes manages such functions as a blacklist.
302 If you want to add a function into the blacklist, you just need
303 to (1) include linux/kprobes.h and (2) use NOKPROBE_SYMBOL() macro
304 to specify a blacklisted function.
305 Kprobes checks the given probe address against the blacklist and
306 rejects registering it, if the given address is in the blacklist.
307
308 .. _kprobes_archs_supported:
309
310 Architectures Supported
311 =======================
312
313 Kprobes and return probes are implemented on the following
314 architectures:
315
316 - i386 (Supports jump optimization)
317 - x86_64 (AMD-64, EM64T) (Supports jump optimization)
318 - ppc64
319 - ia64 (Does not support probes on instruction slot1.)
320 - sparc64 (Return probes not yet implemented.)
321 - arm
322 - ppc
323 - mips
324 - s390
325 - parisc
326
327 Configuring Kprobes
328 ===================
329
330 When configuring the kernel using make menuconfig/xconfig/oldconfig,
331 ensure that CONFIG_KPROBES is set to "y". Under "General setup", look
332 for "Kprobes".
333
334 So that you can load and unload Kprobes-based instrumentation modules,
335 make sure "Loadable module support" (CONFIG_MODULES) and "Module
336 unloading" (CONFIG_MODULE_UNLOAD) are set to "y".
337
338 Also make sure that CONFIG_KALLSYMS and perhaps even CONFIG_KALLSYMS_ALL
339 are set to "y", since kallsyms_lookup_name() is used by the in-kernel
340 kprobe address resolution code.
341
342 If you need to insert a probe in the middle of a function, you may find
343 it useful to "Compile the kernel with debug info" (CONFIG_DEBUG_INFO),
344 so you can use "objdump -d -l vmlinux" to see the source-to-object
345 code mapping.
346
347 API Reference
348 =============
349
350 The Kprobes API includes a "register" function and an "unregister"
351 function for each type of probe. The API also includes "register_*probes"
352 and "unregister_*probes" functions for (un)registering arrays of probes.
353 Here are terse, mini-man-page specifications for these functions and
354 the associated probe handlers that you'll write. See the files in the
355 samples/kprobes/ sub-directory for examples.
356
357 register_kprobe
358 ---------------
359
360 ::
361
362         #include <linux/kprobes.h>
363         int register_kprobe(struct kprobe *kp);
364
365 Sets a breakpoint at the address kp->addr.  When the breakpoint is
366 hit, Kprobes calls kp->pre_handler.  After the probed instruction
367 is single-stepped, Kprobe calls kp->post_handler.  If a fault
368 occurs during execution of kp->pre_handler or kp->post_handler,
369 or during single-stepping of the probed instruction, Kprobes calls
370 kp->fault_handler.  Any or all handlers can be NULL. If kp->flags
371 is set KPROBE_FLAG_DISABLED, that kp will be registered but disabled,
372 so, its handlers aren't hit until calling enable_kprobe(kp).
373
374 .. note::
375
376    1. With the introduction of the "symbol_name" field to struct kprobe,
377       the probepoint address resolution will now be taken care of by the kernel.
378       The following will now work::
379
380         kp.symbol_name = "symbol_name";
381
382       (64-bit powerpc intricacies such as function descriptors are handled
383       transparently)
384
385    2. Use the "offset" field of struct kprobe if the offset into the symbol
386       to install a probepoint is known. This field is used to calculate the
387       probepoint.
388
389    3. Specify either the kprobe "symbol_name" OR the "addr". If both are
390       specified, kprobe registration will fail with -EINVAL.
391
392    4. With CISC architectures (such as i386 and x86_64), the kprobes code
393       does not validate if the kprobe.addr is at an instruction boundary.
394       Use "offset" with caution.
395
396 register_kprobe() returns 0 on success, or a negative errno otherwise.
397
398 User's pre-handler (kp->pre_handler)::
399
400         #include <linux/kprobes.h>
401         #include <linux/ptrace.h>
402         int pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs);
403
404 Called with p pointing to the kprobe associated with the breakpoint,
405 and regs pointing to the struct containing the registers saved when
406 the breakpoint was hit.  Return 0 here unless you're a Kprobes geek.
407
408 User's post-handler (kp->post_handler)::
409
410         #include <linux/kprobes.h>
411         #include <linux/ptrace.h>
412         void post_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
413                           unsigned long flags);
414
415 p and regs are as described for the pre_handler.  flags always seems
416 to be zero.
417
418 User's fault-handler (kp->fault_handler)::
419
420         #include <linux/kprobes.h>
421         #include <linux/ptrace.h>
422         int fault_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs, int trapnr);
423
424 p and regs are as described for the pre_handler.  trapnr is the
425 architecture-specific trap number associated with the fault (e.g.,
426 on i386, 13 for a general protection fault or 14 for a page fault).
427 Returns 1 if it successfully handled the exception.
428
429 register_kretprobe
430 ------------------
431
432 ::
433
434         #include <linux/kprobes.h>
435         int register_kretprobe(struct kretprobe *rp);
436
437 Establishes a return probe for the function whose address is
438 rp->kp.addr.  When that function returns, Kprobes calls rp->handler.
439 You must set rp->maxactive appropriately before you call
440 register_kretprobe(); see "How Does a Return Probe Work?" for details.
441
442 register_kretprobe() returns 0 on success, or a negative errno
443 otherwise.
444
445 User's return-probe handler (rp->handler)::
446
447         #include <linux/kprobes.h>
448         #include <linux/ptrace.h>
449         int kretprobe_handler(struct kretprobe_instance *ri,
450                               struct pt_regs *regs);
451
452 regs is as described for kprobe.pre_handler.  ri points to the
453 kretprobe_instance object, of which the following fields may be
454 of interest:
455
456 - ret_addr: the return address
457 - rp: points to the corresponding kretprobe object
458 - task: points to the corresponding task struct
459 - data: points to per return-instance private data; see "Kretprobe
460         entry-handler" for details.
461
462 The regs_return_value(regs) macro provides a simple abstraction to
463 extract the return value from the appropriate register as defined by
464 the architecture's ABI.
465
466 The handler's return value is currently ignored.
467
468 unregister_*probe
469 ------------------
470
471 ::
472
473         #include <linux/kprobes.h>
474         void unregister_kprobe(struct kprobe *kp);
475         void unregister_kretprobe(struct kretprobe *rp);
476
477 Removes the specified probe.  The unregister function can be called
478 at any time after the probe has been registered.
479
480 .. note::
481
482    If the functions find an incorrect probe (ex. an unregistered probe),
483    they clear the addr field of the probe.
484
485 register_*probes
486 ----------------
487
488 ::
489
490         #include <linux/kprobes.h>
491         int register_kprobes(struct kprobe **kps, int num);
492         int register_kretprobes(struct kretprobe **rps, int num);
493
494 Registers each of the num probes in the specified array.  If any
495 error occurs during registration, all probes in the array, up to
496 the bad probe, are safely unregistered before the register_*probes
497 function returns.
498
499 - kps/rps: an array of pointers to ``*probe`` data structures
500 - num: the number of the array entries.
501
502 .. note::
503
504    You have to allocate(or define) an array of pointers and set all
505    of the array entries before using these functions.
506
507 unregister_*probes
508 ------------------
509
510 ::
511
512         #include <linux/kprobes.h>
513         void unregister_kprobes(struct kprobe **kps, int num);
514         void unregister_kretprobes(struct kretprobe **rps, int num);
515
516 Removes each of the num probes in the specified array at once.
517
518 .. note::
519
520    If the functions find some incorrect probes (ex. unregistered
521    probes) in the specified array, they clear the addr field of those
522    incorrect probes. However, other probes in the array are
523    unregistered correctly.
524
525 disable_*probe
526 --------------
527
528 ::
529
530         #include <linux/kprobes.h>
531         int disable_kprobe(struct kprobe *kp);
532         int disable_kretprobe(struct kretprobe *rp);
533
534 Temporarily disables the specified ``*probe``. You can enable it again by using
535 enable_*probe(). You must specify the probe which has been registered.
536
537 enable_*probe
538 -------------
539
540 ::
541
542         #include <linux/kprobes.h>
543         int enable_kprobe(struct kprobe *kp);
544         int enable_kretprobe(struct kretprobe *rp);
545
546 Enables ``*probe`` which has been disabled by disable_*probe(). You must specify
547 the probe which has been registered.
548
549 Kprobes Features and Limitations
550 ================================
551
552 Kprobes allows multiple probes at the same address. Also,
553 a probepoint for which there is a post_handler cannot be optimized.
554 So if you install a kprobe with a post_handler, at an optimized
555 probepoint, the probepoint will be unoptimized automatically.
556
557 In general, you can install a probe anywhere in the kernel.
558 In particular, you can probe interrupt handlers.  Known exceptions
559 are discussed in this section.
560
561 The register_*probe functions will return -EINVAL if you attempt
562 to install a probe in the code that implements Kprobes (mostly
563 kernel/kprobes.c and ``arch/*/kernel/kprobes.c``, but also functions such
564 as do_page_fault and notifier_call_chain).
565
566 If you install a probe in an inline-able function, Kprobes makes
567 no attempt to chase down all inline instances of the function and
568 install probes there.  gcc may inline a function without being asked,
569 so keep this in mind if you're not seeing the probe hits you expect.
570
571 A probe handler can modify the environment of the probed function
572 -- e.g., by modifying kernel data structures, or by modifying the
573 contents of the pt_regs struct (which are restored to the registers
574 upon return from the breakpoint).  So Kprobes can be used, for example,
575 to install a bug fix or to inject faults for testing.  Kprobes, of
576 course, has no way to distinguish the deliberately injected faults
577 from the accidental ones.  Don't drink and probe.
578
579 Kprobes makes no attempt to prevent probe handlers from stepping on
580 each other -- e.g., probing printk() and then calling printk() from a
581 probe handler.  If a probe handler hits a probe, that second probe's
582 handlers won't be run in that instance, and the kprobe.nmissed member
583 of the second probe will be incremented.
584
585 As of Linux v2.6.15-rc1, multiple handlers (or multiple instances of
586 the same handler) may run concurrently on different CPUs.
587
588 Kprobes does not use mutexes or allocate memory except during
589 registration and unregistration.
590
591 Probe handlers are run with preemption disabled or interrupt disabled,
592 which depends on the architecture and optimization state.  (e.g.,
593 kretprobe handlers and optimized kprobe handlers run without interrupt
594 disabled on x86/x86-64).  In any case, your handler should not yield
595 the CPU (e.g., by attempting to acquire a semaphore, or waiting I/O).
596
597 Since a return probe is implemented by replacing the return
598 address with the trampoline's address, stack backtraces and calls
599 to __builtin_return_address() will typically yield the trampoline's
600 address instead of the real return address for kretprobed functions.
601 (As far as we can tell, __builtin_return_address() is used only
602 for instrumentation and error reporting.)
603
604 If the number of times a function is called does not match the number
605 of times it returns, registering a return probe on that function may
606 produce undesirable results. In such a case, a line:
607 kretprobe BUG!: Processing kretprobe d000000000041aa8 @ c00000000004f48c
608 gets printed. With this information, one will be able to correlate the
609 exact instance of the kretprobe that caused the problem. We have the
610 do_exit() case covered. do_execve() and do_fork() are not an issue.
611 We're unaware of other specific cases where this could be a problem.
612
613 If, upon entry to or exit from a function, the CPU is running on
614 a stack other than that of the current task, registering a return
615 probe on that function may produce undesirable results.  For this
616 reason, Kprobes doesn't support return probes (or kprobes)
617 on the x86_64 version of __switch_to(); the registration functions
618 return -EINVAL.
619
620 On x86/x86-64, since the Jump Optimization of Kprobes modifies
621 instructions widely, there are some limitations to optimization. To
622 explain it, we introduce some terminology. Imagine a 3-instruction
623 sequence consisting of a two 2-byte instructions and one 3-byte
624 instruction.
625
626 ::
627
628                 IA
629                 |
630         [-2][-1][0][1][2][3][4][5][6][7]
631                 [ins1][ins2][  ins3 ]
632                 [<-     DCR       ->]
633                 [<- JTPR ->]
634
635         ins1: 1st Instruction
636         ins2: 2nd Instruction
637         ins3: 3rd Instruction
638         IA:  Insertion Address
639         JTPR: Jump Target Prohibition Region
640         DCR: Detoured Code Region
641
642 The instructions in DCR are copied to the out-of-line buffer
643 of the kprobe, because the bytes in DCR are replaced by
644 a 5-byte jump instruction. So there are several limitations.
645
646 a) The instructions in DCR must be relocatable.
647 b) The instructions in DCR must not include a call instruction.
648 c) JTPR must not be targeted by any jump or call instruction.
649 d) DCR must not straddle the border between functions.
650
651 Anyway, these limitations are checked by the in-kernel instruction
652 decoder, so you don't need to worry about that.
653
654 Probe Overhead
655 ==============
656
657 On a typical CPU in use in 2005, a kprobe hit takes 0.5 to 1.0
658 microseconds to process.  Specifically, a benchmark that hits the same
659 probepoint repeatedly, firing a simple handler each time, reports 1-2
660 million hits per second, depending on the architecture.  A return-probe
661 hit typically takes 50-75% longer than a kprobe hit.
662 When you have a return probe set on a function, adding a kprobe at
663 the entry to that function adds essentially no overhead.
664
665 Here are sample overhead figures (in usec) for different architectures::
666
667   k = kprobe; r = return probe; kr = kprobe + return probe
668   on same function
669
670   i386: Intel Pentium M, 1495 MHz, 2957.31 bogomips
671   k = 0.57 usec; r = 0.92; kr = 0.99
672
673   x86_64: AMD Opteron 246, 1994 MHz, 3971.48 bogomips
674   k = 0.49 usec; r = 0.80; kr = 0.82
675
676   ppc64: POWER5 (gr), 1656 MHz (SMT disabled, 1 virtual CPU per physical CPU)
677   k = 0.77 usec; r = 1.26; kr = 1.45
678
679 Optimized Probe Overhead
680 ------------------------
681
682 Typically, an optimized kprobe hit takes 0.07 to 0.1 microseconds to
683 process. Here are sample overhead figures (in usec) for x86 architectures::
684
685   k = unoptimized kprobe, b = boosted (single-step skipped), o = optimized kprobe,
686   r = unoptimized kretprobe, rb = boosted kretprobe, ro = optimized kretprobe.
687
688   i386: Intel(R) Xeon(R) E5410, 2.33GHz, 4656.90 bogomips
689   k = 0.80 usec; b = 0.33; o = 0.05; r = 1.10; rb = 0.61; ro = 0.33
690
691   x86-64: Intel(R) Xeon(R) E5410, 2.33GHz, 4656.90 bogomips
692   k = 0.99 usec; b = 0.43; o = 0.06; r = 1.24; rb = 0.68; ro = 0.30
693
694 TODO
695 ====
696
697 a. SystemTap (http://sourceware.org/systemtap): Provides a simplified
698    programming interface for probe-based instrumentation.  Try it out.
699 b. Kernel return probes for sparc64.
700 c. Support for other architectures.
701 d. User-space probes.
702 e. Watchpoint probes (which fire on data references).
703
704 Kprobes Example
705 ===============
706
707 See samples/kprobes/kprobe_example.c
708
709 Kretprobes Example
710 ==================
711
712 See samples/kprobes/kretprobe_example.c
713
714 Deprecated Features
715 ===================
716
717 Jprobes is now a deprecated feature. People who are depending on it should
718 migrate to other tracing features or use older kernels. Please consider to
719 migrate your tool to one of the following options:
720
721 - Use trace-event to trace target function with arguments.
722
723   trace-event is a low-overhead (and almost no visible overhead if it
724   is off) statically defined event interface. You can define new events
725   and trace it via ftrace or any other tracing tools.
726
727   See the following urls:
728
729     - https://lwn.net/Articles/379903/
730     - https://lwn.net/Articles/381064/
731     - https://lwn.net/Articles/383362/
732
733 - Use ftrace dynamic events (kprobe event) with perf-probe.
734
735   If you build your kernel with debug info (CONFIG_DEBUG_INFO=y), you can
736   find which register/stack is assigned to which local variable or arguments
737   by using perf-probe and set up new event to trace it.
738
739   See following documents:
740
741   - Documentation/trace/kprobetrace.rst
742   - Documentation/trace/events.rst
743   - tools/perf/Documentation/perf-probe.txt
744
745
746 The kprobes debugfs interface
747 =============================
748
749
750 With recent kernels (> 2.6.20) the list of registered kprobes is visible
751 under the /sys/kernel/debug/kprobes/ directory (assuming debugfs is mounted at //sys/kernel/debug).
752
753 /sys/kernel/debug/kprobes/list: Lists all registered probes on the system::
754
755         c015d71a  k  vfs_read+0x0
756         c03dedc5  r  tcp_v4_rcv+0x0
757
758 The first column provides the kernel address where the probe is inserted.
759 The second column identifies the type of probe (k - kprobe and r - kretprobe)
760 while the third column specifies the symbol+offset of the probe.
761 If the probed function belongs to a module, the module name is also
762 specified. Following columns show probe status. If the probe is on
763 a virtual address that is no longer valid (module init sections, module
764 virtual addresses that correspond to modules that've been unloaded),
765 such probes are marked with [GONE]. If the probe is temporarily disabled,
766 such probes are marked with [DISABLED]. If the probe is optimized, it is
767 marked with [OPTIMIZED]. If the probe is ftrace-based, it is marked with
768 [FTRACE].
769
770 /sys/kernel/debug/kprobes/enabled: Turn kprobes ON/OFF forcibly.
771
772 Provides a knob to globally and forcibly turn registered kprobes ON or OFF.
773 By default, all kprobes are enabled. By echoing "0" to this file, all
774 registered probes will be disarmed, till such time a "1" is echoed to this
775 file. Note that this knob just disarms and arms all kprobes and doesn't
776 change each probe's disabling state. This means that disabled kprobes (marked
777 [DISABLED]) will be not enabled if you turn ON all kprobes by this knob.
778
779
780 The kprobes sysctl interface
781 ============================
782
783 /proc/sys/debug/kprobes-optimization: Turn kprobes optimization ON/OFF.
784
785 When CONFIG_OPTPROBES=y, this sysctl interface appears and it provides
786 a knob to globally and forcibly turn jump optimization (see section
787 :ref:`kprobes_jump_optimization`) ON or OFF. By default, jump optimization
788 is allowed (ON). If you echo "0" to this file or set
789 "debug.kprobes_optimization" to 0 via sysctl, all optimized probes will be
790 unoptimized, and any new probes registered after that will not be optimized.
791
792 Note that this knob *changes* the optimized state. This means that optimized
793 probes (marked [OPTIMIZED]) will be unoptimized ([OPTIMIZED] tag will be
794 removed). If the knob is turned on, they will be optimized again.
795
796 References
797 ==========
798
799 For additional information on Kprobes, refer to the following URLs:
800
801 - https://www.ibm.com/developerworks/library/l-kprobes/index.html
802 - https://www.kernel.org/doc/ols/2006/ols2006v2-pages-109-124.pdf
803