Linux系統中如何進行systemtap和火焰圖分析及安裝

Linux系統中如何進行systemtap和火焰圖分析及安裝，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

SystemTap 是對 Linux 內核監控和跟蹤的工具，它與DTrace 的老技術有有點相似，因為SystemTap 沒有使用工具構建一個特殊的內核，所以當我們使用時允許我們動態地安裝改工具。

1.1  環境檢測

安裝前我們需要檢測一下操作系統版本，命令如下：

# uname -r

3.10.0-327.el7.x86_64

# cat /etc/RedHat-release

CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)

我這里使用的CentOS 7.2，下面的介紹的安裝方法也是在CentOS 上的方法。

1.2 安裝SystemTap

安裝部署SystemTap需要以下兩個包：

systemtap

systemtap-runtime

在root權限下，使用yum安裝，命令如下：

yum install systemtap systemtap-runtime

在使用SystemTap前，需要安裝內核信息包，一般情況下，運行如下命令安裝：

stap-prep

運行命令后往往會失敗，安裝不成功，安裝失敗后可以手動安裝內核信息包。

我的服務器報的錯誤如下：

 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 手動安裝內核信息包

需要的安裝包如下：

kernel-debuginfo

kernel-debuginfo-common

kernel-devel

需要安裝與你內核版本一致的安裝包，運行命令查看版本：

# uname -r

3.10.0-327.el7.x86_64

可以指定你的內核是 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：這三個包必須與你的內核版本匹配，否則會安裝不成功。

下載這三個 rpm 包，到 http://rpm.pbone.net 這個網站去下載。或者最簡單的在 google 搜索包名。

分別安裝這三個包：

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

也可以嘗試使用yum安裝，這里就不再贅述。

1.4  測試

測試一下是否安裝部署成功，如何測試呢？運行如下命令：

stap -v -e ‘probe vfs.read {printf(“read performed\n”); exit()}’

部署失敗提示如下：

 # stap -v -e 'probe vfs.read {printf("read performed\n"); 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:1:7
         source: probe vfs.read {printf("read performed\n"); 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 performed\n"); 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、火焰圖介紹及安裝

2.1 介紹

官網：火焰圖（FlameGraphs）

火焰圖（Flame Graph）是由 Linux 性能優化大師 Brendan Gregg 發明的。它是定位疑難雜癥的神器，比如 CPU 占用高、內存泄漏等問題。

縱向表示調用棧的深度，橫向表示消耗的時間。因為調用棧在橫向會按照字母排序，并且同樣的調用棧會做合并，所以，一個格子的寬度越大越說明其可能是瓶頸。

綜上所述，主要就是看那些比較寬大的火苗，特別留意那些類似平頂山的火苗。

火焰圖例子：

2.2 安裝

火焰圖的安裝比較簡單，只需要把腳本從github上down下來即可，命令如下：

git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph

2.3 生成火焰圖

生成火焰圖一般需要以下幾個步驟：

1）、抓取和捕獲堆棧信息：使用 perf/systemtap/dtrace 等工具抓取程序的運行堆棧信息。

2）、折疊堆棧：使用FlameGraph 中的 stackcollapse 程序 把抓取的信息進行分析組合；trace 工具抓取的系統和程序運行每一時刻的堆棧信息, 需要對他們進行分析組合, 將重復的堆棧累計在一起, 從而體現出負載和關鍵路徑

3）、生成火焰圖：使用FlameGraph中的flamegraph.pl 分析 stackcollapse 輸出的堆棧信息生成火焰圖

stackcollapse分很多工具，用來分析不同trace工具抓取的內核信息，比如stackcollapse-stap.pl 是用來分析 SystemTap捕獲的信息。

三、使用

以具體的例子來說明SystemTap和FlameGraph 是如何使用的。

3.1 sample_bt_vfs 工具

這個工具是openresty的作者春哥寫的，這個工具是在虛擬文件系統（VFS）之上采樣用戶空間調用棧，以便渲染出文件 I/O 火焰圖，這個火焰圖可以準確的反映出在任意正在運行的用戶進程中，文件 I/O 數據量或者文件 I/O 延遲在不同的用戶空間代碼路徑的分布。

工具使用詳細介紹： sample_bt_vfs

工具包下載地址：openresty-systemtap-toolkit

方法：git  clone https://github.com/openresty/openresty-systemtap-toolkit.git

工具放在openresty-systemtap-toolkit目錄下

以查看nginx為例：

1）、使用SystemTap進行內核數據采集：

運行：

 $ ./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

參數：

-p: 代表程序的PID

-t：代表要采集數據的時間

a_vfs.log： 是采集數據要保存的文件名子。

2)、分析組合采集的數據

運行：

 $ ./FlameGraph/stackcollapse-stap.pl a_vfs.log > a_vfs.cbt

3)、生成火焰圖

運行：

 $ ./FlameGraph/flamegraph.pl ./a_vfs.cbt > a_vfs.svg

這里有一個 “文件 I/O 火焰圖” 的例子:

a_vfs.svg就是生成的火焰圖，使用瀏覽器打開，找到寬平的項，就是比較耗時的。

3.2 sample-bt 工具

這個腳本可以對你指定的 任意 用戶進程進行調用棧的采樣。調用棧可以是用戶空間，可以是內核空間，或者是兩者兼得。 它的輸出是匯總后的調用棧（按照總數）。

工具詳細介紹：sample-bt

例如：

./openresty-systemtap-toolkit/sample-bt-vfs -p 41046 -t 50 -ku > 17_on_cpu.log

參數：

-p：代表進程ID

-t：代表采樣時間 單位是秒

-u 采集用戶空間調用棧信息

-k 采集內核空間調用棧信息

剩下的火焰圖的生成方式同3.1。

什么是Linux系統

Linux是一種免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統，是一個基于POSIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統，使用Linux能運行主要的Unix工具軟件、應用程序和網絡協議。

看完上述內容，你們掌握Linux系統中如何進行systemtap和火焰圖分析及安裝的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！