如何使用ebpf監控Node.js事件循環的耗時

本篇內容介紹了“如何使用ebpf監控Node.js事件循環的耗時”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

前言：

強大的 ebpf 使用越來越廣，能做的事情也越來越多，尤其是無侵入的優雅方式更加是技術選型的好選擇。本文介紹如何使用 ebpf 來監控 Node.js 的耗時，從而了解 Node.js 事件循環的執行情況。不過這只是粗粒度的監控，想要精細地了解 Node.js 的運行情況，需要做的事情還很多。

在 Node.js 里，我們可以通過 V8 Inspector 的 cpuprofile 來了解 JS 的執行耗時，但是 cpuprofile 無法看到 C、C++ 代碼的執行耗時，通常我們可以使用 perf 工具來或許 C、C++ 代碼的耗時，不過這里介紹的是通過 ebpf 來實現，不失為一種探索。

首先來看一下對 poll io 階段的監控。先定義一個結構體用于記錄耗時。

struct event 

{

__u64 start_time;

__u64 end_time; 

};

接著寫 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

// 用于記錄數據

struct {

__uint（type, BPF_MAP_TYPE_HASH）;

__uint（max_entries, MAX_ENTRIES）;

__type（key, __u32）;

__type（value, const char *）;

} values SEC（".maps"）;

// 用于輸入數據到用戶層

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;

// 記錄開始時間和結束時間

e.start_time = *time;

e.end_time = bpf_ktime_get_ns（）;

// 輸出到用戶層

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

bpf_map_delete_elem（&values, &current_id）;

id++;

return 0;

}

最后編寫使用 ebpf 程序的代碼，只列出核心代碼。

#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"

// 輸出結果函數

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;

// 監控哪個 Node.js 進程

char * pid_str = argv[1];

pid_t pid = （pid_t）atoi（pid_str）;

char execpath[500];

// 根據 pid 找到 Node.js 的可執行文件

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

// 需要監控的函數，uv__io_poll 是處理 poll io 階段的函數

char * func = "uv__io_poll";

// 通過可執行文件獲得函數的地址

uprobe_offset = get_elf_func_offset（execpath, func）;

// 加載 bpf 程序到內核

skel = uv_uprobe_bpf__open（）;

err = uv_uprobe_bpf__load（skel）;

// 掛載監控點

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）;

// 設置回調處理 bpf 的輸出

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 的輸出，然后執行回調處理，基于 epoll 實現

perf_buffer__poll（pb, PERF_POLL_TIMEOUT_MS）;

}

}

編譯以上代碼，然后啟動一個 Node.js 進程，接著把 Node.js 進程的 pid 作為參數執行上面代碼，就可以看到 poll io 階段的耗時，通常，如果 Node.js 里沒有任務會阻塞到 epoll_wait 中，所以我們無法觀察到耗時。我們只需要在代碼里寫個定時器就行。

setInterval（（） => {}, 3000）;

1

我們可以看到 poll io 耗時在 3s 左右，因為有定時器時，poll io 最多等待 3s 后就會返回，也就是整個 poll io 階段的耗時。了解了基本的實現后，我們來監控整個事件循環每個階段的耗時。原理是類似的。先定義一個處理多個階段的宏。

#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）

接著改一下 bpf 代碼。

#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）

我們看到代碼和之前的 bpf 代碼是一樣的，只是通過宏的方式，方便定義多個階段，避免重復代碼。主要了使用 C 的一些知識。#a 等于 “a”，a##b 等于ab，“a” “b” 等于 “ab”（“a” “b” 中間有個空格）。同樣，寫完 bpf 代碼后，再改一下主程序的代碼。

#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）

同樣，代碼還是一樣的，只是變成了宏定義，然后通過 PHASE（ATTACH_UPROBE） 定義重復代碼。這里使用了 do while（false） 是因為如果某個階段的處理過程有問題，則忽略，因為我們不能直接 return，所以 do while 是比較好的實現方式。因為在我測試的時候，有兩個階段是失敗的，原因是找不到對應函數的地址。最后寫個測試代碼。

function compute（） {

    let sum = 0;

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

        sum += i;

    }

}

setInterval（（） => {

    compute（）;

    setImmediate（（） => {

        compute（）;

    }）;

}, 10000）

“如何使用ebpf監控Node.js事件循環的耗時”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！