linux系统systemtap监控应用问题分析

SystemTap 是监控和跟踪运行中的Linux 内核的操作的动态方法,SystemTap 应用:对管理员,SystemTap可用于监控系统性能,找出系统瓶颈,而对于开发者,可以查看他们的程序运行时在linux系统内核内部的运行情况,下面我们来看看systemtap监控应用与碰到的问题分析。

应用场景:一天,在我们服务器上PHP代码路径下多了一个log文件,从没注意到有这个log文件,但是log文件的格式明显不是我们生成的,格式比较简单,甚至没有function name,log level，明显是我们使用的某个第三方库的输出,到底是那个进程调用第三方库干的坏事?我们当然是有怀疑对象的,从log的语义也可以初步判断是那个进程干的这件事,可是没有证据.

有的童鞋就说了,对这个可疑进程直接执行lsof -p pid或者对文件执行 lsof file不就OK 了,如果这个进程打开了这个莫名其妙的文件,就证明的确是可疑进程写了这个log文件,可惜的是这个进程不是daemon,而且执行时间特别短,来不及对他进行lsof.

这有到了我们systemtap横空出世的时候了,systemtap由于他的可定制,几乎是一把无所不能的瑞士军刀,第一思路就是监控sys_open,看下到底是那个进程在作死,打开了这个莫名其妙的文件.

方法一:监控sys_open

我们都知道systemtap可以监控系统调用,open作为一个系统调用,我们自然可以监控，如果open的文件恰好是我们要追踪的文件,我们就将pid,execname 打印出来,真相大白,代码如下:

1. function is_open_creating:long (flag:long) 
2. { 
3.     CREAT_FLAG = 4 // 0x4 = 00000100b 
4.     if (flag & CREAT_FLAG) 
5.     { 
6.             return 1 
7.     } 
8.     return 0 
9. } 
10. probe begin 
11. { 
12.     printf("monitor file beginn") 
13. } 
14. probe kernel.function("sys_open") 
15. { 
16.     if(user_string($filename)== "/home/manu/shell/temp/abc.log") 
17.     { 
18.         creating = is_open_creating($mode); 
19.         if(creating) 
20.         { 
21.             printf("pid %ld (%s) create the file %sn",pid(),execname(),user_string($filename)); 
22.         } 
23.         else 
24.         { 
25.             printf("pid %ld (%s) open the file %s n",pid(),execname(),user_string($filename)); 
26.         } 
27.     } 
28. } 

OK,我们开始监控,看看能否捕捉到捣乱者,代码如下:

1. root@manu:~/code/systemtap# 
2. root@manu:~/code/systemtap# stap file_monitor.stp 
3. monitor file begin 

我们在另一个终端l中echo创建这个/home/manu/shell/temp/abc.log,代码如下:

root@manu:~/code/shell/temp# echo abefdf >/home/manu/code/shell/temp/abc.log

root@manu:~/code/shell/temp#

我们看到stap捕捉到了这个事件,代码如下:

1. root@manu:~/code/systemtap# stap file_monitor.stp 
2. monitor file begin 
3. pid 3024 (bash) create the file /home/manu/code/shell/temp/abc.log 

Stap捕捉到进程名为bash,PID为3024的进程create了这个文件,目前为止,一切都好,可惜这种方法有个致命的缺陷。filename是进程调用系统调用 open时 输入的文件名,可能输入全路径/home/manu/shell/temp/abc.log,也可能输入的是相对路径,如果输入的是相对路径,我们的stap不能捕捉到这个事件.

比如我们再次想abc.log追加写:

1. root@manu:~/code/shell/temp# echo "second line " >> abc.log 
2. root@manu:~/code/shell/temp# cat abc.log 
3. abefdf 
4. second line 
5. root@manu:~/code/shell/temp# 

另一端没有stap没有检测到任何事件.

这种方法有缺陷,因为我们不能够假设进程输入的绝对路径还是相对路径.

方法二:监控文件的inode

文件的名字表示方法可能不同,比如当前路径是 /home/manu/shell/temp/,下面表示的都是同一个文件,这就给上面一种方法带来的困难.

1. abc.log 
2. ./abc.log 
3. ../temp/abc.log 
4. /home/manu/shell/temp/abc.log 
5.  ..... 

如果我们的文件在磁盘上,那么只要有,主设备号,次设备好,inode,这三个元素,就唯一确定了一个文件,我们还是监控刚才的abc.log,对于我的文件在/dev/sda6,对应的主设备号和次设备号是,0x8,0x6,abc.log对应的inode为:

361way:/opt # ll -ali abc.log

2099351 -rwxr-xr-x 1 root root 17623 Sep  2 22:55 abc.log

我们的三元组是（0x08,0x06,2099351),下面是我们的监控脚本inode_monitor.stp,代码如下:

1. probe begin 
2. { 
3.     printf("watch inode %d %d %ld beginn",$1,$2,$3) 
4. } 
5. probe vfs.write 
6. { 
7.    if (dev == MKDEV($1,$2) # major/minor device 
8.             && ino == $3) 
9.     printf ("%s(%d) %s 0x%x/%un",execname(), pid(), probefunc(), dev, ino) 
10. }  //phpfensi.com 

然后我们让stap来监控这个inode对应的文件,代码如下:

root@manu:~/code/systemtap# stap inode_monitor.stp 0x8 0x6 2099351

watch inode 8 6 2099351 begin

开始我们的实验,我们在shell终端上echo两句写入abc.log,在写一个test.sh脚本去写这个abc.log,实验如下:

1. root@manu:~/code/shell/temp# echo abefdf >abc.log 
2. root@manu:~/code/shell/temp# echo "second line" > ./abc.log 
3. root@manu:~/code/shell/temp# cat test.sh 
4. #!/bin/sh 
5.  echo "third line " >> ./abc.log 
6. root@manu:~/code/shell/temp# ./test.sh 

stap监控脚本的输出如下:

1. root@manu:~/code/systemtap# stap inode_monitor.stp 0x8 0x6 2099351 
2. watch inode 8 6 2099351 begin 
3. bash(3024) vfs_write 0x800006/2099351 
4. bash(3024) vfs_write 0x800006/2099351 
5. test.sh(9484) vfs_write 0x800006/2099351 

我们看到这三个事件都被捕捉到了,也就完成了我们监控这个文件,判断到底是那个进程写入这个log的目标.

systemtap作为一个动态监控和跟踪linux内核的工具,其功能还可以发掘更多,更多内容可以查看IBM社区或systemtap官方网站,同时也可以了解DTrace、ProbeVue,这两者在unix平台上,及fanotify,下一代的inotify文件监控,同类工具.

其他性能工具OProfile、Valgrind、Perf、 redhat MGR 等回头再总结学习.