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法学BCC – Linux性能监控、网络及更多功能的动态跟踪工具
如果您是Linux用户或管理员，您可能听说过“BCC工具”或“BPF编译器集合”。BCC是一套功能强大的动态跟踪工具，它提供了一种简单而有效的方法来监控系统性能、网络以及更多内容。在本文中，我们将讨论BCC工具是什么、它们的优点以及如何使用它们（附示例）。
什么是BCC工具？
BCC（BPF编译器集合）是一套基于Linux内核中eBPF（扩展伯克利数据包过滤器）技术的动态跟踪工具。eBPF是一个在内核内部运行的虚拟机，它允许对系统事件进行高效且灵活的跟踪，而无需修改内核或重新编译。
BCC工具旨在为使用eBPF跟踪和分析各种系统事件提供一个简单易用的界面。它们是用Python和C语言编写的，可用于广泛的任务，包括系统性能监控、网络分析、安全等。
BCC工具的优点
BCC工具为Linux用户和管理员提供了许多好处。这些包括：
低开销
BCC工具旨在对系统性能的影响最小。它们使用eBPF技术直接在内核内部跟踪事件，从而减少了与传统系统监控工具相关的上下文切换和其他开销。
灵活性
BCC工具可用于各种任务，从监控系统性能到网络分析等等。它们非常灵活且可定制，是Linux用户和管理员的强大工具。
用户友好的界面
BCC工具提供了一个简单易用的界面，用于使用eBPF跟踪系统事件。它们易于使用，不需要专门了解内核内部结构或编程。
活跃的开发社区
BCC工具由庞大的开发者社区积极开发和维护。这意味着不断添加新功能和改进，并且可以快速解决bug。
如何使用BCC工具
BCC工具可用于广泛的任务，包括系统性能监控、网络分析、安全等。在本节中，我们将讨论如何使用一些最常用的BCC工具，并提供示例。
BPFtrace
BPFtrace是一种用于eBPF的高级跟踪语言，旨在简化eBPF程序的编写和阅读。它为跟踪系统事件和分析性能提供了简单易用的界面。
要使用BPFtrace，您首先需要在系统上安装它。您可以使用您发行版的包管理器来完成此操作。例如，在Ubuntu上，您可以通过运行以下命令来安装BPFtrace：
sudo apt-get install bpftrace
安装BPFtrace后，您可以使用它来编写eBPF程序并跟踪系统事件。例如，以下BPFtrace程序将在每次启动进程时打印一条消息：
tracepoint:process:process_start
{
printf("process %s started
", args->comm);
}
您可以将此程序保存到一个文件（例如，“process_start.bt”）中，并使用以下命令运行它：
sudo bpftrace process_start.bt
运行此命令时，BPFtrace将开始跟踪进程事件，并在每次启动进程时打印一条消息。
BCC工具
BCC工具为Linux系统提供了广泛的跟踪和监控功能。一些最常用的BCC工具包括：
Execsnoop
execsnoop工具跟踪系统上新的进程执行。它可用于监控哪些进程正在运行以及它们何时启动。要使用execsnoop，只需运行以下命令：
sudo execsnoop
这将开始跟踪进程执行事件，并在启动新进程时打印有关这些进程的信息。
Opensnoop
opensnoop工具跟踪文件系统事件，包括文件打开、关闭和读取。它可用于监控文件系统活动并查找性能瓶颈。要使用opensnoop，请运行以下命令：
sudo opensnoop
这将开始跟踪文件系统事件，并在发生文件活动时打印有关文件活动的信息。
Tcptracer
tcptracer工具跟踪系统上的TCP连接，包括与远程主机及其关联端口的连接。它可用于监控网络活动并诊断网络相关问题。要使用tcptracer，请运行以下命令：
sudo tcptracer
这将开始跟踪TCP连接，并在发生连接事件时打印有关连接事件的信息。
BCC脚本示例
BCC工具也可用于编写更复杂的脚本以监控和分析系统性能。在本节中，我们将提供一些BCC脚本示例，这些脚本可用于监控CPU使用率、磁盘I/O和网络活动。
CPU使用率
以下BCC脚本可用于监控系统上的CPU使用率：
#!/usr/bin/python
from bcc import BPF
# load BPF program
bpf_text = """
#include <uapi/linux/ptrace.h>
int count_sched(struct pt_regs *ctx) {
u64 ts = bpf_ktime_get_ns();
bpf_trace_printk("Hello, world! %d\
", ts);
return 0;
}
"""
# initialize BPF program
bpf = BPF(text=bpf_text)
# attach BPF program to sched_switch tracepoint
bpf.attach_tracepoint(tp="sched:sched_switch", fn_name="count_sched")
# print trace messages as they occur
bpf.trace_print()
此脚本将在系统上的CPU调度程序切换任务时打印一条消息。
磁盘I/O
以下BCC脚本可用于监控系统上的磁盘I/O活动：
#!/usr/bin/python
from bcc import BPF
# load BPF program
bpf_text = """
#include <uapi/linux/ptrace.h>
int count_disk_io(struct pt_regs *ctx, const char *rwflag) {
u64 ts = bpf_ktime_get_ns();
bpf_trace_printk("Disk I/O %s %d\
", rwflag, ts);
return 0;
}
"""
# initialize BPF program
bpf = BPF(text=bpf_text)
# attach BPF program to blk_account_io_done tracepoint
bpf.attach_tracepoint(tp="block:block_rq_complete", fn_name="count_disk_io", ctx="R")
# print trace messages as they occur
bpf.trace_print()
此脚本将在系统上完成磁盘I/O操作时打印一条消息。
网络活动
以下BCC脚本可用于监控系统上的网络活动：
#!/usr/bin/python
from bcc import BPF
# load BPF program
bpf_text = """
#include <uapi/linux/ptrace.h>
int count_network(struct pt_regs *ctx, int protocol) {
u64 ts = bpf_ktime_get_ns();
bpf_trace_printk("Network %d %d\
", protocol, ts);
return 0;
}
"""
# initialize BPF program
bpf = BPF(text=bpf_text)
# attach BPF program to tcp_v{4,6}_connect trace points
bpf.attach_tracepoint(tp="tcp_v4_connect", fn_name="count_network", ctx="R")
bpf.attach_tracepoint(tp="tcp_v6_connect", fn_name="count_network", ctx="R")
print trace messages as they occur
bpf.trace_print()
此脚本将在系统上建立TCP连接时打印一条消息。
除了我们提供的示例之外，BCC工具还有许多其他用例。例如，BCC工具可用于监控系统调用、跟踪用户级事件以及诊断内核级问题。其他一些可能有用的BCC工具包括：
csysdig – 一个提供图形界面以使用eBPF分析系统活动的工具。
funccount – 一个计算指定函数调用次数的工具。
tcpconnect – 一个跟踪系统上TCP连接的工具。
biosnoop – 一个在BIOS级别跟踪块I/O操作的工具。
syncsnoop – 一个跟踪系统上同步事件的工具。
BCC工具也可以与其他系统监控工具（例如prometheus、grafana和nagios）结合使用，以提供更全面的系统性能视图。
还值得注意的是，BCC工具正在不断地由社区开发和改进，因此定期添加新的功能和能力。因此，务必使您的BCC工具保持最新状态，以利用最新的改进。
结论
总之，BCC工具提供了一套强大的动态跟踪工具，用于监控和分析Linux系统上的系统性能、网络以及更多内容。它们提供用户友好的界面、低开销和高灵活性，使它们成为Linux用户和管理员的必备工具。无论您是系统管理员、开发人员还是安全分析师，BCC工具都可以帮助您深入了解您的系统并快速有效地诊断性能问题。因此，如果您还没有尝试过，请试用BCC工具，看看它们如何使您和您的Linux系统受益。
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