Documentation/trace/kprobetrace.rst

   1 ==========================
   2 Kprobe-based Event Tracing
   3 ==========================
   4
   5 :Author: Masami Hiramatsu
   6
   7 Overview
   8 --------
   9 These events are similar to tracepoint based events. Instead of Tracepoint,
  10 this is based on kprobes (kprobe and kretprobe). So it can probe wherever
  11 kprobes can probe (this means, all functions except those with
  12 __kprobes/nokprobe_inline annotation and those marked NOKPROBE_SYMBOL).
  13 Unlike the Tracepoint based event, this can be added and removed
  14 dynamically, on the fly.
  15
  16 To enable this feature, build your kernel with CONFIG_KPROBE_EVENTS=y.
  17
  18 Similar to the events tracer, this doesn't need to be activated via
  19 current_tracer. Instead of that, add probe points via
  20 /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events, and enable it via
  21 /sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/<EVENT>/enable.
  22
  23 You can also use /sys/kernel/debug/tracing/dynamic_events instead of
  24 kprobe_events. That interface will provide unified access to other
  25 dynamic events too.
  26
  27 Synopsis of kprobe_events
  28 -------------------------
  29 ::
  30
  31   p[:[GRP/]EVENT] [MOD:]SYM[+offs]|MEMADDR [FETCHARGS]  : Set a probe
  32   r[MAXACTIVE][:[GRP/]EVENT] [MOD:]SYM[+0] [FETCHARGS]  : Set a return probe
  33   -:[GRP/]EVENT                                         : Clear a probe
  34
  35  GRP            : Group name. If omitted, use "kprobes" for it.
  36  EVENT          : Event name. If omitted, the event name is generated
  37                   based on SYM+offs or MEMADDR.
  38  MOD            : Module name which has given SYM.
  39  SYM[+offs]     : Symbol+offset where the probe is inserted.
  40  MEMADDR        : Address where the probe is inserted.
  41  MAXACTIVE      : Maximum number of instances of the specified function that
  42                   can be probed simultaneously, or 0 for the default value
  43                   as defined in Documentation/kprobes.txt section 1.3.1.
  44
  45  FETCHARGS      : Arguments. Each probe can have up to 128 args.
  46   %REG          : Fetch register REG
  47   @ADDR         : Fetch memory at ADDR (ADDR should be in kernel)
  48   @SYM[+|-offs] : Fetch memory at SYM +|- offs (SYM should be a data symbol)
  49   $stackN       : Fetch Nth entry of stack (N >= 0)
  50   $stack        : Fetch stack address.
  51   $argN         : Fetch the Nth function argument. (N >= 1) (\*1)
  52   $retval       : Fetch return value.(\*2)
  53   $comm         : Fetch current task comm.
  54   +|-[u]OFFS(FETCHARG) : Fetch memory at FETCHARG +|- OFFS address.(\*3)(\*4)
  55   \IMM          : Store an immediate value to the argument.
  56   NAME=FETCHARG : Set NAME as the argument name of FETCHARG.
  57   FETCHARG:TYPE : Set TYPE as the type of FETCHARG. Currently, basic types
  58                   (u8/u16/u32/u64/s8/s16/s32/s64), hexadecimal types
  59                   (x8/x16/x32/x64), "string", "ustring" and bitfield
  60                   are supported.
  61
  62   (\*1) only for the probe on function entry (offs == 0).
  63   (\*2) only for return probe.
  64   (\*3) this is useful for fetching a field of data structures.
  65   (\*4) "u" means user-space dereference. See :ref:`user_mem_access`.
  66
  67 Types
  68 -----
  69 Several types are supported for fetch-args. Kprobe tracer will access memory
  70 by given type. Prefix 's' and 'u' means those types are signed and unsigned
  71 respectively. 'x' prefix implies it is unsigned. Traced arguments are shown
  72 in decimal ('s' and 'u') or hexadecimal ('x'). Without type casting, 'x32'
  73 or 'x64' is used depends on the architecture (e.g. x86-32 uses x32, and
  74 x86-64 uses x64).
  75 These value types can be an array. To record array data, you can add '[N]'
  76 (where N is a fixed number, less than 64) to the base type.
  77 E.g. 'x16[4]' means an array of x16 (2bytes hex) with 4 elements.
  78 Note that the array can be applied to memory type fetchargs, you can not
  79 apply it to registers/stack-entries etc. (for example, '$stack1:x8[8]' is
  80 wrong, but '+8($stack):x8[8]' is OK.)
  81 String type is a special type, which fetches a "null-terminated" string from
  82 kernel space. This means it will fail and store NULL if the string container
  83 has been paged out. "ustring" type is an alternative of string for user-space.
  84 See :ref:`user_mem_access` for more info..
  85 The string array type is a bit different from other types. For other base
  86 types, <base-type>[1] is equal to <base-type> (e.g. +0(%di):x32[1] is same
  87 as +0(%di):x32.) But string[1] is not equal to string. The string type itself
  88 represents "char array", but string array type represents "char * array".
  89 So, for example, +0(%di):string[1] is equal to +0(+0(%di)):string.
  90 Bitfield is another special type, which takes 3 parameters, bit-width, bit-
  91 offset, and container-size (usually 32). The syntax is::
  92
  93  b<bit-width>@<bit-offset>/<container-size>
  94
  95 Symbol type('symbol') is an alias of u32 or u64 type (depends on BITS_PER_LONG)
  96 which shows given pointer in "symbol+offset" style.
  97 For $comm, the default type is "string"; any other type is invalid.
  98
  99 .. _user_mem_access:
 100
 101 User Memory Access
 102 ------------------
 103 Kprobe events supports user-space memory access. For that purpose, you can use
 104 either user-space dereference syntax or 'ustring' type.
 105
 106 The user-space dereference syntax allows you to access a field of a data
 107 structure in user-space. This is done by adding the "u" prefix to the
 108 dereference syntax. For example, +u4(%si) means it will read memory from the
 109 address in the register %si offset by 4, and the memory is expected to be in
 110 user-space. You can use this for strings too, e.g. +u0(%si):string will read
 111 a string from the address in the register %si that is expected to be in user-
 112 space. 'ustring' is a shortcut way of performing the same task. That is,
 113 +0(%si):ustring is equivalent to +u0(%si):string.
 114
 115 Note that kprobe-event provides the user-memory access syntax but it doesn't
 116 use it transparently. This means if you use normal dereference or string type
 117 for user memory, it might fail, and may always fail on some archs. The user
 118 has to carefully check if the target data is in kernel or user space.
 119
 120 Per-Probe Event Filtering
 121 -------------------------
 122 Per-probe event filtering feature allows you to set different filter on each
 123 probe and gives you what arguments will be shown in trace buffer. If an event
 124 name is specified right after 'p:' or 'r:' in kprobe_events, it adds an event
 125 under tracing/events/kprobes/<EVENT>, at the directory you can see 'id',
 126 'enable', 'format', 'filter' and 'trigger'.
 127
 128 enable:
 129   You can enable/disable the probe by writing 1 or 0 on it.
 130
 131 format:
 132   This shows the format of this probe event.
 133
 134 filter:
 135   You can write filtering rules of this event.
 136
 137 id:
 138   This shows the id of this probe event.
 139
 140 trigger:
 141   This allows to install trigger commands which are executed when the event is
 142   hit (for details, see Documentation/trace/events.rst, section 6).
 143
 144 Event Profiling
 145 ---------------
 146 You can check the total number of probe hits and probe miss-hits via
 147 /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_profile.
 148 The first column is event name, the second is the number of probe hits,
 149 the third is the number of probe miss-hits.
 150
 151 Kernel Boot Parameter
 152 ---------------------
 153 You can add and enable new kprobe events when booting up the kernel by
 154 "kprobe_event=" parameter. The parameter accepts a semicolon-delimited
 155 kprobe events, which format is similar to the kprobe_events.
 156 The difference is that the probe definition parameters are comma-delimited
 157 instead of space. For example, adding myprobe event on do_sys_open like below
 158
 159   p:myprobe do_sys_open dfd=%ax filename=%dx flags=%cx mode=+4($stack)
 160
 161 should be below for kernel boot parameter (just replace spaces with comma)
 162
 163   p:myprobe,do_sys_open,dfd=%ax,filename=%dx,flags=%cx,mode=+4($stack)
 164
 165
 166 Usage examples
 167 --------------
 168 To add a probe as a new event, write a new definition to kprobe_events
 169 as below::
 170
 171   echo 'p:myprobe do_sys_open dfd=%ax filename=%dx flags=%cx mode=+4($stack)' > /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events
 172
 173 This sets a kprobe on the top of do_sys_open() function with recording
 174 1st to 4th arguments as "myprobe" event. Note, which register/stack entry is
 175 assigned to each function argument depends on arch-specific ABI. If you unsure
 176 the ABI, please try to use probe subcommand of perf-tools (you can find it
 177 under tools/perf/).
 178 As this example shows, users can choose more familiar names for each arguments.
 179 ::
 180
 181   echo 'r:myretprobe do_sys_open $retval' >> /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events
 182
 183 This sets a kretprobe on the return point of do_sys_open() function with
 184 recording return value as "myretprobe" event.
 185 You can see the format of these events via
 186 /sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/<EVENT>/format.
 187 ::
 188
 189   cat /sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/myprobe/format
 190   name: myprobe
 191   ID: 780
 192   format:
 193           field:unsigned short common_type;       offset:0;       size:2; signed:0;
 194           field:unsigned char common_flags;       offset:2;       size:1; signed:0;
 195           field:unsigned char common_preempt_count;       offset:3; size:1;signed:0;
 196           field:int common_pid;   offset:4;       size:4; signed:1;
 197
 198           field:unsigned long __probe_ip; offset:12;      size:4; signed:0;
 199           field:int __probe_nargs;        offset:16;      size:4; signed:1;
 200           field:unsigned long dfd;        offset:20;      size:4; signed:0;
 201           field:unsigned long filename;   offset:24;      size:4; signed:0;
 202           field:unsigned long flags;      offset:28;      size:4; signed:0;
 203           field:unsigned long mode;       offset:32;      size:4; signed:0;
 204
 205
 206   print fmt: "(%lx) dfd=%lx filename=%lx flags=%lx mode=%lx", REC->__probe_ip,
 207   REC->dfd, REC->filename, REC->flags, REC->mode
 208
 209 You can see that the event has 4 arguments as in the expressions you specified.
 210 ::
 211
 212   echo > /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events
 213
 214 This clears all probe points.
 215
 216 Or,
 217 ::
 218
 219   echo -:myprobe >> kprobe_events
 220
 221 This clears probe points selectively.
 222
 223 Right after definition, each event is disabled by default. For tracing these
 224 events, you need to enable it.
 225 ::
 226
 227   echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/myprobe/enable
 228   echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/myretprobe/enable
 229
 230 Use the following command to start tracing in an interval.
 231 ::
 232
 233     # echo 1 > tracing_on
 234     Open something...
 235     # echo 0 > tracing_on
 236
 237 And you can see the traced information via /sys/kernel/debug/tracing/trace.
 238 ::
 239
 240   cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
 241   # tracer: nop
 242   #
 243   #           TASK-PID    CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
 244   #              | |       |          |         |
 245              <...>-1447  [001] 1038282.286875: myprobe: (do_sys_open+0x0/0xd6) dfd=3 filename=7fffd1ec4440 flags=8000 mode=0
 246              <...>-1447  [001] 1038282.286878: myretprobe: (sys_openat+0xc/0xe <- do_sys_open) $retval=fffffffffffffffe
 247              <...>-1447  [001] 1038282.286885: myprobe: (do_sys_open+0x0/0xd6) dfd=ffffff9c filename=40413c flags=8000 mode=1b6
 248              <...>-1447  [001] 1038282.286915: myretprobe: (sys_open+0x1b/0x1d <- do_sys_open) $retval=3
 249              <...>-1447  [001] 1038282.286969: myprobe: (do_sys_open+0x0/0xd6) dfd=ffffff9c filename=4041c6 flags=98800 mode=10
 250              <...>-1447  [001] 1038282.286976: myretprobe: (sys_open+0x1b/0x1d <- do_sys_open) $retval=3
 251
 252
 253 Each line shows when the kernel hits an event, and <- SYMBOL means kernel
 254 returns from SYMBOL(e.g. "sys_open+0x1b/0x1d <- do_sys_open" means kernel
 255 returns from do_sys_open to sys_open+0x1b).