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如何使用ebpf监控Node.js事件循环的耗时

发布时间:2022-01-21 10:41:34 来源:亿速云 阅读:206 作者:iii 栏目:web开发

本篇内容介绍了“如何使用ebpf监控Node.js事件循环的耗时”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!

前言:

强大的 ebpf 使用越来越广,能做的事情也越来越多,尤其是无侵入的优雅方式更加是技术选型的好选择。本文介绍如何使用 ebpf 来监控 Node.js 的耗时,从而了解 Node.js 事件循环的执行情况。不过这只是粗粒度的监控,想要精细地了解 Node.js 的运行情况,需要做的事情还很多。

Node.js 里,我们可以通过 V8 Inspector 的 cpuprofile 来了解 JS 的执行耗时,但是 cpuprofile 无法看到 C、C++ 代码的执行耗时,通常我们可以使用 perf 工具来或许 C、C++ 代码的耗时,不过这里介绍的是通过 ebpf 来实现,不失为一种探索。

首先来看一下对 poll io 阶段的监控。先定义一个结构体用于记录耗时。

struct event 

{

__u64 start_time;

__u64 end_time; 

};

接着写 bpf 程序。

#include <linux/bpf.h>

#include <linux/ptrace.h>

#include <bpf/bpf_helpers.h>

#include <bpf/bpf_tracing.h>

#include "uv.h"

#include "uv_uprobe.h"

char LICENSE[] SEC("license") = "Dual BSD/GPL";

#define MAX_ENTRIES 10240

// 用于记录数据

struct {

__uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);

__uint(max_entries, MAX_ENTRIES);

__type(key, __u32);

__type(value, const char *);

} values SEC(".maps");

// 用于输入数据到用户层

struct {

__uint(type, BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY);

__uint(key_size, sizeof(__u32));

__uint(value_size, sizeof(__u32));

} events SEC(".maps");

static __u64 id = 0;

SEC("uprobe/uv__io_poll")

int BPF_KPROBE(uprobe_uv__io_poll, uv_loop_t* loop, int timeout)

{

__u64 current_id = id;

__u64 time = bpf_ktime_get_ns();

bpf_map_update_elem(&values, &current_id, &time, BPF_ANY);

return 0;

}

SEC("uretprobe/uv__io_poll")

int BPF_KRETPROBE(uretprobe_uv__io_poll)

{

__u64 current_id = id;

__u64 *time = bpf_map_lookup_elem(&values, &current_id);

if (!time) {

return 0;

}

struct event e;

// 记录开始时间和结束时间

e.start_time = *time;

e.end_time = bpf_ktime_get_ns();

// 输出到用户层

bpf_perf_event_output(ctx, &events, BPF_F_CURRENT_CPU, &e, sizeof(e));

bpf_map_delete_elem(&values, &current_id);

id++;

return 0;

}

最后编写使用 ebpf 程序的代码,只列出核心代码。

#include <errno.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/resource.h>

#include <bpf/libbpf.h>

#include "uv_uprobe.skel.h"

#include "uprobe_helper.h"

#include <signal.h>

#include <bpf/bpf.h>

#include "uv_uprobe.h"

// 输出结果函数

static void handle_event(void *ctx, int cpu, void *data, __u32 data_sz)

{

const struct event *e = (const struct event *)data;

printf("%s %llu\n", "poll io", (e->end_time - e->start_time) / 1000 / 1000);

}

int main(int argc, char **argv)

{

struct uv_uprobe_bpf *skel;

long base_addr, uprobe_offset;

int err, i;

struct perf_buffer_opts pb_opts;

struct perf_buffer *pb = NULL;

// 监控哪个 Node.js 进程

char * pid_str = argv[1];

pid_t pid = (pid_t)atoi(pid_str);

char execpath[500];

// 根据 pid 找到 Node.js 的可执行文件

int ret = get_pid_binary_path(pid, execpath, 500);

// 需要监控的函数,uv__io_poll 是处理 poll io 阶段的函数

char * func = "uv__io_poll";

// 通过可执行文件获得函数的地址

uprobe_offset = get_elf_func_offset(execpath, func);

// 加载 bpf 程序到内核

skel = uv_uprobe_bpf__open();

err = uv_uprobe_bpf__load(skel);

// 挂载监控点

skel->links.uprobe_uv__io_poll = bpf_program__attach_uprobe(skel->progs.uprobe_uv__io_poll,

false /* not uretprobe */,

-1,

execpath,

uprobe_offset);

skel->links.uretprobe_uv__io_poll = bpf_program__attach_uprobe(skel->progs.uretprobe_uv__io_poll,

   true /* uretprobe */,

   -1 /* any pid */,

   execpath,

   uprobe_offset);

// 设置回调处理 bpf 的输出

pb_opts.sample_cb = handle_event;

pb_opts.lost_cb = handle_lost_events;

pb = perf_buffer__new(bpf_map__fd(skel->maps.events), PERF_BUFFER_PAGES,

      &pb_opts);

printf("%-7s %-7s\n", "phase", "interval");   

for (i = 0; ; i++) {

// 等待 bpf 的输出,然后执行回调处理,基于 epoll 实现

perf_buffer__poll(pb, PERF_POLL_TIMEOUT_MS);

}

}

编译以上代码,然后启动一个 Node.js 进程,接着把 Node.js 进程的 pid 作为参数执行上面代码,就可以看到 poll io 阶段的耗时,通常,如果 Node.js 里没有任务会阻塞到 epoll_wait 中,所以我们无法观察到耗时。我们只需要在代码里写个定时器就行。

setInterval(() => {}, 3000);

1

我们可以看到 poll io 耗时在 3s 左右,因为有定时器时,poll io 最多等待 3s 后就会返回,也就是整个 poll io 阶段的耗时。了解了基本的实现后,我们来监控整个事件循环每个阶段的耗时。原理是类似的。先定义一个处理多个阶段的宏。

#define PHASE(uprobe) \

uprobe(uv__run_timers) \ 

uprobe(uv__run_pending) \

uprobe(uv__run_idle) \

uprobe(uv__run_prepare) \

uprobe(uv__io_poll) \

uprobe(uv__run_check) \

uprobe(uv__run_closing_handles)

接着改一下 bpf 代码。

#define PROBE(type) \

SEC("uprobe/" #type) \

int BPF_KPROBE(uprobe_##type) \

{ \

char key[20] = #type; \

__u64 time = bpf_ktime_get_ns(); \

bpf_map_update_elem(&values, &key, &time, BPF_ANY); \

return 0; \

} \

SEC("uretprobe/" #type) \

int BPF_KRETPROBE(uretprobe_##type) \

{ \

char key[20] = #type; \

__u64 *time = bpf_map_lookup_elem(&values, &key); \

if (!time) { \

return 0; \

} \

struct event e = { \

.name=#type \

}; \

e.start_time = *time; \

e.end_time = bpf_ktime_get_ns(); \

bpf_perf_event_output(ctx, &events, BPF_F_CURRENT_CPU, &e, sizeof(e)); \

bpf_map_delete_elem(&values, key); \

return 0; \

}

PHASE(PROBE)

我们看到代码和之前的 bpf 代码是一样的,只是通过宏的方式,方便定义多个阶段,避免重复代码。主要了使用 C 的一些知识。#a 等于 “a”,a##b 等于ab,“a” “b” 等于 “ab”(“a” “b” 中间有个空格)。同样,写完 bpf 代码后,再改一下主程序的代码。

#define ATTACH_UPROBE(type)  \

do \

{ char * func_##type = #type; \

uprobe_offset = get_elf_func_offset(execpath, func_##type); \

if (uprobe_offset == -1) { \

fprintf(stderr, "invalid function &s: %s\n", func_##type); \

break; \

} \

fprintf(stderr, "uprobe_offset: %ld\n", uprobe_offset);\

skel->links.uprobe_##type = bpf_program__attach_uprobe(skel->progs.uprobe_##type,\

false /* not uretprobe */,\

pid,\

execpath,\

uprobe_offset);\

skel->links.uretprobe_##type = bpf_program__attach_uprobe(skel->progs.uretprobe_##type,\

true /* uretprobe */,\

pid /* any pid */,\

execpath,\

uprobe_offset);\

} while(false); 

PHASE(ATTACH_UPROBE)

同样,代码还是一样的,只是变成了宏定义,然后通过 PHASE(ATTACH_UPROBE) 定义重复代码。这里使用了 do while(false) 是因为如果某个阶段的处理过程有问题,则忽略,因为我们不能直接 return,所以 do while 是比较好的实现方式。因为在我测试的时候,有两个阶段是失败的,原因是找不到对应函数的地址。最后写个测试代码。

function compute() {

    let sum = 0;

    for(let i = 0; i < 10000000; i++) {

        sum += i;

    }

}

setInterval(() => {

    compute();

    setImmediate(() => {

        compute();

    });

}, 10000)

“如何使用ebpf监控Node.js事件循环的耗时”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注亿速云网站,小编将为大家输出更多高质量的实用文章!

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