如何在linux内核中访问进程的内核堆栈？答案

【问题标题】：How to access a process's kernel stack in linux kernel?如何在linux内核中访问进程的内核堆栈？
【发布时间】：2015-06-26 00:49:43
【问题描述】：

我正在尝试监视进程在执行过程中调用了哪些函数。我的目标是了解一个进程在每个函数中花费了多少时间。函数被压入堆栈并在函数调用返回时弹出。我想知道这个推送和弹出实际发生在内核代码的哪个位置。

我在task_struct 中找到了一个void *stack 字段。我不确定这是否是我正在寻找的领域。如果是，那么有什么方法可以知道它是如何更新的？

我必须编写一个使用此代码的模块。在这种情况下请帮助我。

【问题讨论】：

有了函数，你的意思是系统调用？或者只是您的代码调用的用户空间中的任何函数，也来自用户空间？
由于我目前无法发表评论，您是否尝试过 manning /proc/ man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html 和 strace 的流程？
函数调用是指作为流程执行的一部分执行的所有可能的函数。例如，对于用户级别的文件读取操作，系统调用 read() 被调用，然后是内核函数，如 do_page_fault()、do_generic_file_read() 等。

标签： process linux-kernel stack kernel-module

【解决方案1】：

函数被压入堆栈并在函数调用返回时弹出。我想知道这个推送和弹出实际发生在内核代码的哪个位置。

它不会发生在内核代码中，它是由处理器完成的。 IE。当 x86 汇编 CPU 找到 call 指令时，它会将 IP 推入堆栈，而 ret 指令将弹出该值。

您可以使用call my_tracing_routine 修补内核中的每个call 和ret 指令，并在那里记录指令指针，而不是将控制权传递给原始被调用者/调用者。有一些工具可以做到这一点：LTTng、SystemTap，以及 kprobes、ftrace 等内核接口...这种方法称为 tracing。

但是如果修补 all 指令，即使用 SystemTap 探测 kernel.function("*")，您将扼杀性能，并可能导致系统崩溃。所以，你不能测量每一个函数调用，但是你可以测量每Nth函数调用，希望你能得到相同的结果，但是你需要大的sample（即运行程序几分钟）——这称为profiling。

Linux 附带分析器perf:

# perf record -- dd if=/dev/zero of=/dev/null
...
^C

# perf report
9.75%  dd  [kernel.kallsyms]  [k] __clear_user
6.69%  dd  [kernel.kallsyms]  [k] __audit_syscall_exit
5.61%  dd  [kernel.kallsyms]  [k] fsnotify
4.73%  dd  [kernel.kallsyms]  [k] system_call_after_swapgs
4.37%  dd  [kernel.kallsyms]  [k] system_call
...

您也可以使用-g 来收集调用链。默认情况下perf 使用 CPU 性能计数器，因此在 N 个 CPU 周期后，会引发中断，并且 perf 处理程序（它已经嵌入到内核中）保存 IP。

如果您想收集堆栈，您可以使用 SystemTap 来完成：

# stap --all-modules -e '
    probe timer.profile { 
        if(execname() == "dd") { 
            println("----"); 
            print_backtrace(); } 
        }' -c 'dd if=/dev/zero of=/dev/null' 
...
    ----
0xffffffff813e714d : _raw_spin_unlock_irq+0x32/0x3c [kernel]
0xffffffff81047bb9 : spin_unlock_irq+0x9/0xb [kernel]
0xffffffff8104ac68 : get_signal_to_deliver+0x4f0/0x528 [kernel]
0xffffffff8100216f : do_signal+0x48/0x4b1 [kernel]
0xffffffff81002608 : do_notify_resume+0x30/0x63 [kernel]
0xffffffff813edd6a : int_signal+0x12/0x17 [kernel]

在此示例中，SystemTap 使用timer.profile 探针，该探针附加到性能事件cpu-clock。为此，它生成、构建和加载内核模块。您可以通过stap -k -p 3 进行检查

【讨论】：

感谢详尽的回复！您能否详细说明 SystemTap 输出的内容？要获得上述形式的输出（堆栈跟踪），内核代码 perf 或 SystemTap 实用程序在哪里进行更改/更新？