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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 hit, Kprobes
366 calls kp->pre_handler.  After the probed instruction is single-stepped, Kprobe
367 calls kp->post_handler.  Any or all handlers can be NULL. If kp->flags is set
368 KPROBE_FLAG_DISABLED, that kp will be registered but disabled, so, its handlers
369 aren't hit until calling enable_kprobe(kp).
370
371 .. note::
372
373    1. With the introduction of the "symbol_name" field to struct kprobe,
374       the probepoint address resolution will now be taken care of by the kernel.
375       The following will now work::
376
377         kp.symbol_name = "symbol_name";
378
379       (64-bit powerpc intricacies such as function descriptors are handled
380       transparently)
381
382    2. Use the "offset" field of struct kprobe if the offset into the symbol
383       to install a probepoint is known. This field is used to calculate the
384       probepoint.
385
386    3. Specify either the kprobe "symbol_name" OR the "addr". If both are
387       specified, kprobe registration will fail with -EINVAL.
388
389    4. With CISC architectures (such as i386 and x86_64), the kprobes code
390       does not validate if the kprobe.addr is at an instruction boundary.
391       Use "offset" with caution.
392
393 register_kprobe() returns 0 on success, or a negative errno otherwise.
394
395 User's pre-handler (kp->pre_handler)::
396
397         #include <linux/kprobes.h>
398         #include <linux/ptrace.h>
399         int pre_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs);
400
401 Called with p pointing to the kprobe associated with the breakpoint,
402 and regs pointing to the struct containing the registers saved when
403 the breakpoint was hit.  Return 0 here unless you're a Kprobes geek.
404
405 User's post-handler (kp->post_handler)::
406
407         #include <linux/kprobes.h>
408         #include <linux/ptrace.h>
409         void post_handler(struct kprobe *p, struct pt_regs *regs,
410                           unsigned long flags);
411
412 p and regs are as described for the pre_handler.  flags always seems
413 to be zero.
414
415 register_kretprobe
416 ------------------
417
418 ::
419
420         #include <linux/kprobes.h>
421         int register_kretprobe(struct kretprobe *rp);
422
423 Establishes a return probe for the function whose address is
424 rp->kp.addr.  When that function returns, Kprobes calls rp->handler.
425 You must set rp->maxactive appropriately before you call
426 register_kretprobe(); see "How Does a Return Probe Work?" for details.
427
428 register_kretprobe() returns 0 on success, or a negative errno
429 otherwise.
430
431 User's return-probe handler (rp->handler)::
432
433         #include <linux/kprobes.h>
434         #include <linux/ptrace.h>
435         int kretprobe_handler(struct kretprobe_instance *ri,
436                               struct pt_regs *regs);
437
438 regs is as described for kprobe.pre_handler.  ri points to the
439 kretprobe_instance object, of which the following fields may be
440 of interest:
441
442 - ret_addr: the return address
443 - rp: points to the corresponding kretprobe object
444 - task: points to the corresponding task struct
445 - data: points to per return-instance private data; see "Kretprobe
446         entry-handler" for details.
447
448 The regs_return_value(regs) macro provides a simple abstraction to
449 extract the return value from the appropriate register as defined by
450 the architecture's ABI.
451
452 The handler's return value is currently ignored.
453
454 unregister_*probe
455 ------------------
456
457 ::
458
459         #include <linux/kprobes.h>
460         void unregister_kprobe(struct kprobe *kp);
461         void unregister_kretprobe(struct kretprobe *rp);
462
463 Removes the specified probe.  The unregister function can be called
464 at any time after the probe has been registered.
465
466 .. note::
467
468    If the functions find an incorrect probe (ex. an unregistered probe),
469    they clear the addr field of the probe.
470
471 register_*probes
472 ----------------
473
474 ::
475
476         #include <linux/kprobes.h>
477         int register_kprobes(struct kprobe **kps, int num);
478         int register_kretprobes(struct kretprobe **rps, int num);
479
480 Registers each of the num probes in the specified array.  If any
481 error occurs during registration, all probes in the array, up to
482 the bad probe, are safely unregistered before the register_*probes
483 function returns.
484
485 - kps/rps: an array of pointers to ``*probe`` data structures
486 - num: the number of the array entries.
487
488 .. note::
489
490    You have to allocate(or define) an array of pointers and set all
491    of the array entries before using these functions.
492
493 unregister_*probes
494 ------------------
495
496 ::
497
498         #include <linux/kprobes.h>
499         void unregister_kprobes(struct kprobe **kps, int num);
500         void unregister_kretprobes(struct kretprobe **rps, int num);
501
502 Removes each of the num probes in the specified array at once.
503
504 .. note::
505
506    If the functions find some incorrect probes (ex. unregistered
507    probes) in the specified array, they clear the addr field of those
508    incorrect probes. However, other probes in the array are
509    unregistered correctly.
510
511 disable_*probe
512 --------------
513
514 ::
515
516         #include <linux/kprobes.h>
517         int disable_kprobe(struct kprobe *kp);
518         int disable_kretprobe(struct kretprobe *rp);
519
520 Temporarily disables the specified ``*probe``. You can enable it again by using
521 enable_*probe(). You must specify the probe which has been registered.
522
523 enable_*probe
524 -------------
525
526 ::
527
528         #include <linux/kprobes.h>
529         int enable_kprobe(struct kprobe *kp);
530         int enable_kretprobe(struct kretprobe *rp);
531
532 Enables ``*probe`` which has been disabled by disable_*probe(). You must specify
533 the probe which has been registered.
534
535 Kprobes Features and Limitations
536 ================================
537
538 Kprobes allows multiple probes at the same address. Also,
539 a probepoint for which there is a post_handler cannot be optimized.
540 So if you install a kprobe with a post_handler, at an optimized
541 probepoint, the probepoint will be unoptimized automatically.
542
543 In general, you can install a probe anywhere in the kernel.
544 In particular, you can probe interrupt handlers.  Known exceptions
545 are discussed in this section.
546
547 The register_*probe functions will return -EINVAL if you attempt
548 to install a probe in the code that implements Kprobes (mostly
549 kernel/kprobes.c and ``arch/*/kernel/kprobes.c``, but also functions such
550 as do_page_fault and notifier_call_chain).
551
552 If you install a probe in an inline-able function, Kprobes makes
553 no attempt to chase down all inline instances of the function and
554 install probes there.  gcc may inline a function without being asked,
555 so keep this in mind if you're not seeing the probe hits you expect.
556
557 A probe handler can modify the environment of the probed function
558 -- e.g., by modifying kernel data structures, or by modifying the
559 contents of the pt_regs struct (which are restored to the registers
560 upon return from the breakpoint).  So Kprobes can be used, for example,
561 to install a bug fix or to inject faults for testing.  Kprobes, of
562 course, has no way to distinguish the deliberately injected faults
563 from the accidental ones.  Don't drink and probe.
564
565 Kprobes makes no attempt to prevent probe handlers from stepping on
566 each other -- e.g., probing printk() and then calling printk() from a
567 probe handler.  If a probe handler hits a probe, that second probe's
568 handlers won't be run in that instance, and the kprobe.nmissed member
569 of the second probe will be incremented.
570
571 As of Linux v2.6.15-rc1, multiple handlers (or multiple instances of
572 the same handler) may run concurrently on different CPUs.
573
574 Kprobes does not use mutexes or allocate memory except during
575 registration and unregistration.
576
577 Probe handlers are run with preemption disabled or interrupt disabled,
578 which depends on the architecture and optimization state.  (e.g.,
579 kretprobe handlers and optimized kprobe handlers run without interrupt
580 disabled on x86/x86-64).  In any case, your handler should not yield
581 the CPU (e.g., by attempting to acquire a semaphore, or waiting I/O).
582
583 Since a return probe is implemented by replacing the return
584 address with the trampoline's address, stack backtraces and calls
585 to __builtin_return_address() will typically yield the trampoline's
586 address instead of the real return address for kretprobed functions.
587 (As far as we can tell, __builtin_return_address() is used only
588 for instrumentation and error reporting.)
589
590 If the number of times a function is called does not match the number
591 of times it returns, registering a return probe on that function may
592 produce undesirable results. In such a case, a line:
593 kretprobe BUG!: Processing kretprobe d000000000041aa8 @ c00000000004f48c
594 gets printed. With this information, one will be able to correlate the
595 exact instance of the kretprobe that caused the problem. We have the
596 do_exit() case covered. do_execve() and do_fork() are not an issue.
597 We're unaware of other specific cases where this could be a problem.
598
599 If, upon entry to or exit from a function, the CPU is running on
600 a stack other than that of the current task, registering a return
601 probe on that function may produce undesirable results.  For this
602 reason, Kprobes doesn't support return probes (or kprobes)
603 on the x86_64 version of __switch_to(); the registration functions
604 return -EINVAL.
605
606 On x86/x86-64, since the Jump Optimization of Kprobes modifies
607 instructions widely, there are some limitations to optimization. To
608 explain it, we introduce some terminology. Imagine a 3-instruction
609 sequence consisting of a two 2-byte instructions and one 3-byte
610 instruction.
611
612 ::
613
614                 IA
615                 |
616         [-2][-1][0][1][2][3][4][5][6][7]
617                 [ins1][ins2][  ins3 ]
618                 [<-     DCR       ->]
619                 [<- JTPR ->]
620
621         ins1: 1st Instruction
622         ins2: 2nd Instruction
623         ins3: 3rd Instruction
624         IA:  Insertion Address
625         JTPR: Jump Target Prohibition Region
626         DCR: Detoured Code Region
627
628 The instructions in DCR are copied to the out-of-line buffer
629 of the kprobe, because the bytes in DCR are replaced by
630 a 5-byte jump instruction. So there are several limitations.
631
632 a) The instructions in DCR must be relocatable.
633 b) The instructions in DCR must not include a call instruction.
634 c) JTPR must not be targeted by any jump or call instruction.
635 d) DCR must not straddle the border between functions.
636
637 Anyway, these limitations are checked by the in-kernel instruction
638 decoder, so you don't need to worry about that.
639
640 Probe Overhead
641 ==============
642
643 On a typical CPU in use in 2005, a kprobe hit takes 0.5 to 1.0
644 microseconds to process.  Specifically, a benchmark that hits the same
645 probepoint repeatedly, firing a simple handler each time, reports 1-2
646 million hits per second, depending on the architecture.  A return-probe
647 hit typically takes 50-75% longer than a kprobe hit.
648 When you have a return probe set on a function, adding a kprobe at
649 the entry to that function adds essentially no overhead.
650
651 Here are sample overhead figures (in usec) for different architectures::
652
653   k = kprobe; r = return probe; kr = kprobe + return probe
654   on same function
655
656   i386: Intel Pentium M, 1495 MHz, 2957.31 bogomips
657   k = 0.57 usec; r = 0.92; kr = 0.99
658
659   x86_64: AMD Opteron 246, 1994 MHz, 3971.48 bogomips
660   k = 0.49 usec; r = 0.80; kr = 0.82
661
662   ppc64: POWER5 (gr), 1656 MHz (SMT disabled, 1 virtual CPU per physical CPU)
663   k = 0.77 usec; r = 1.26; kr = 1.45
664
665 Optimized Probe Overhead
666 ------------------------
667
668 Typically, an optimized kprobe hit takes 0.07 to 0.1 microseconds to
669 process. Here are sample overhead figures (in usec) for x86 architectures::
670
671   k = unoptimized kprobe, b = boosted (single-step skipped), o = optimized kprobe,
672   r = unoptimized kretprobe, rb = boosted kretprobe, ro = optimized kretprobe.
673
674   i386: Intel(R) Xeon(R) E5410, 2.33GHz, 4656.90 bogomips
675   k = 0.80 usec; b = 0.33; o = 0.05; r = 1.10; rb = 0.61; ro = 0.33
676
677   x86-64: Intel(R) Xeon(R) E5410, 2.33GHz, 4656.90 bogomips
678   k = 0.99 usec; b = 0.43; o = 0.06; r = 1.24; rb = 0.68; ro = 0.30
679
680 TODO
681 ====
682
683 a. SystemTap (http://sourceware.org/systemtap): Provides a simplified
684    programming interface for probe-based instrumentation.  Try it out.
685 b. Kernel return probes for sparc64.
686 c. Support for other architectures.
687 d. User-space probes.
688 e. Watchpoint probes (which fire on data references).
689
690 Kprobes Example
691 ===============
692
693 See samples/kprobes/kprobe_example.c
694
695 Kretprobes Example
696 ==================
697
698 See samples/kprobes/kretprobe_example.c
699
700 Deprecated Features
701 ===================
702
703 Jprobes is now a deprecated feature. People who are depending on it should
704 migrate to other tracing features or use older kernels. Please consider to
705 migrate your tool to one of the following options:
706
707 - Use trace-event to trace target function with arguments.
708
709   trace-event is a low-overhead (and almost no visible overhead if it
710   is off) statically defined event interface. You can define new events
711   and trace it via ftrace or any other tracing tools.
712
713   See the following urls:
714
715     - https://lwn.net/Articles/379903/
716     - https://lwn.net/Articles/381064/
717     - https://lwn.net/Articles/383362/
718
719 - Use ftrace dynamic events (kprobe event) with perf-probe.
720
721   If you build your kernel with debug info (CONFIG_DEBUG_INFO=y), you can
722   find which register/stack is assigned to which local variable or arguments
723   by using perf-probe and set up new event to trace it.
724
725   See following documents:
726
727   - Documentation/trace/kprobetrace.rst
728   - Documentation/trace/events.rst
729   - tools/perf/Documentation/perf-probe.txt
730
731
732 The kprobes debugfs interface
733 =============================
734
735
736 With recent kernels (> 2.6.20) the list of registered kprobes is visible
737 under the /sys/kernel/debug/kprobes/ directory (assuming debugfs is mounted at //sys/kernel/debug).
738
739 /sys/kernel/debug/kprobes/list: Lists all registered probes on the system::
740
741         c015d71a  k  vfs_read+0x0
742         c03dedc5  r  tcp_v4_rcv+0x0
743
744 The first column provides the kernel address where the probe is inserted.
745 The second column identifies the type of probe (k - kprobe and r - kretprobe)
746 while the third column specifies the symbol+offset of the probe.
747 If the probed function belongs to a module, the module name is also
748 specified. Following columns show probe status. If the probe is on
749 a virtual address that is no longer valid (module init sections, module
750 virtual addresses that correspond to modules that've been unloaded),
751 such probes are marked with [GONE]. If the probe is temporarily disabled,
752 such probes are marked with [DISABLED]. If the probe is optimized, it is
753 marked with [OPTIMIZED]. If the probe is ftrace-based, it is marked with
754 [FTRACE].
755
756 /sys/kernel/debug/kprobes/enabled: Turn kprobes ON/OFF forcibly.
757
758 Provides a knob to globally and forcibly turn registered kprobes ON or OFF.
759 By default, all kprobes are enabled. By echoing "0" to this file, all
760 registered probes will be disarmed, till such time a "1" is echoed to this
761 file. Note that this knob just disarms and arms all kprobes and doesn't
762 change each probe's disabling state. This means that disabled kprobes (marked
763 [DISABLED]) will be not enabled if you turn ON all kprobes by this knob.
764
765
766 The kprobes sysctl interface
767 ============================
768
769 /proc/sys/debug/kprobes-optimization: Turn kprobes optimization ON/OFF.
770
771 When CONFIG_OPTPROBES=y, this sysctl interface appears and it provides
772 a knob to globally and forcibly turn jump optimization (see section
773 :ref:`kprobes_jump_optimization`) ON or OFF. By default, jump optimization
774 is allowed (ON). If you echo "0" to this file or set
775 "debug.kprobes_optimization" to 0 via sysctl, all optimized probes will be
776 unoptimized, and any new probes registered after that will not be optimized.
777
778 Note that this knob *changes* the optimized state. This means that optimized
779 probes (marked [OPTIMIZED]) will be unoptimized ([OPTIMIZED] tag will be
780 removed). If the knob is turned on, they will be optimized again.
781
782 References
783 ==========
784
785 For additional information on Kprobes, refer to the following URLs:
786
787 - https://www.ibm.com/developerworks/library/l-kprobes/index.html
788 - https://www.kernel.org/doc/ols/2006/ols2006v2-pages-109-124.pdf
789