BCC - 用于 Linux 性能监控、网络等的动态跟踪工具
BCC（BPF 编译器集合）是一组功能强大的适当工具和示例文件，用于创建资源丰富的内核跟踪和操作程序。它利用扩展的BPF（伯克利数据包过滤器），最初称为eBPF，这是Linux 3.15中的新功能之一强>。
实际上，BCC使用的大部分组件都需要Linux 4.1或更高版本，其值得注意的功能包括：
- 不需要第 3 方内核模块，因为所有工具都基于内置于内核中的 BPF 工作，并且 BCC 使用 Linux 4.x 系列中添加的功能。
- 能够观察软件执行情况。
- 包含多个性能分析工具以及示例文件和手册页。
建议阅读： 20 个监控 Linux 性能的命令行工具
BCC 最适合高级 Linux 用户，可以使用 C 中的内核检测和 中的前端轻松编写 BPF 程序Python 和 lua。此外，它还支持多种任务，例如性能分析、监控、网络流量控制等等。
如何在Linux系统中安装BCC
请记住，BCC 使用 Linux 内核版本 4.1 或更高版本中添加的功能，并且作为要求，应该使用以下设置的标志来编译内核：
CONFIG_BPF=y
CONFIG_BPF_SYSCALL=y
[optional, for tc filters]
CONFIG_NET_CLS_BPF=m
[optional, for tc actions]
CONFIG_NET_ACT_BPF=m
CONFIG_BPF_JIT=y
CONFIG_HAVE_BPF_JIT=y
[optional, for kprobes]
CONFIG_BPF_EVENTS=y
要检查内核标志，请查看文件 /proc/config.gz 或运行以下示例中的命令：
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_BPF= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_BPF=y
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_BPF_SYSCALL= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_BPF_SYSCALL=y
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_NET_CLS_BPF= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_NET_CLS_BPF=m
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_NET_ACT_BPF= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_NET_ACT_BPF=m
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_BPF_JIT= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_BPF_JIT=y
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_HAVE_BPF_JIT= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_HAVE_BPF_JIT=y
tecmint@TecMint ~ $ grep CONFIG_BPF_EVENTS= /boot/config-`uname -r`
CONFIG_BPF_EVENTS=y
验证内核标志后，就可以在 Linux 系统中安装 BCC 工具了。
在 Ubuntu 16.04 上
仅为 Ubuntu 16.04 创建夜间软件包，但安装说明非常简单。无需升级内核或从源代码编译。
echo "deb [trusted=yes] https://repo.iovisor.org/apt/xenial xenial-nightly main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/iovisor.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install bcc-tools
在 Ubuntu 14.04 上
首先从 http://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline 安装 4.3+ Linux 内核。
例如，编写一个小 shell 脚本“bcc-install.sh”，其内容如下。
注意：将 PREFIX 值更新为最新日期，并浏览提供的 PREFIX url 中的文件获取实际的 REL 值，将其替换到 shell 脚本中。
#!/bin/bash
VER=4.5.1-040501
PREFIX=http://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v4.5.1-wily/
REL=201604121331
wget ${PREFIX}/linux-headers-${VER}-generic_${VER}.${REL}_amd64.deb
wget ${PREFIX}/linux-headers-${VER}_${VER}.${REL}_all.deb
wget ${PREFIX}/linux-image-${VER}-generic_${VER}.${REL}_amd64.deb
sudo dpkg -i linux-*${VER}.${REL}*.deb
保存文件并退出。使其可执行，然后运行它，如下所示：
chmod +x bcc-install.sh
sh bcc-install.sh
然后，重新启动系统。
reboot
接下来，运行以下命令来安装签名的 BCC 包：
sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys D4284CDD
echo "deb https://repo.iovisor.org/apt trusty main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/iovisor.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install binutils bcc bcc-tools libbcc-examples python-bcc
在 Fedora 24-23 上
如果您的系统版本低于所需版本，请从 http://alt.fedoraproject.org/pub/alt/rawhide-kernel-nodebug 安装 4.2+ 内核。下面是如何执行此操作的示例：
sudo dnf config-manager --add-repo=http://alt.fedoraproject.org/pub/alt/rawhide-kernel-nodebug/fedora-rawhide-kernel-nodebug.repo
sudo dnf update
reboot
之后，添加 BBC 工具存储库，更新您的系统并通过执行以下一系列命令来安装工具：
echo -e '[iovisor]\nbaseurl=https://repo.iovisor.org/yum/nightly/f23/$basearch\nenabled=1\ngpgcheck=0' | sudo tee /etc/yum.repos.d/iovisor.repo
sudo dnf update
sudo dnf install bcc-tools
在 Arch Linux 上 – AUR
您应该首先将内核升级到至少版本 4.3.1-1，然后使用任意 Arch 软件包管理器（例如 pacaur、yaourt ）安装下面的软件包、畏缩等。
bcc bcc-tools python-bcc python2-bcc
如何在Linux系统中使用BCC工具
所有BCC工具都安装在/usr/share/bcc/tools目录下。但是，您也可以从 /tools 下的 BCC Github 存储库运行它们，它们以 .py 扩展名结尾。
$ ls /usr/share/bcc/tools
argdist capable filetop offwaketime stackcount vfscount
bashreadline cpudist funccount old stacksnoop vfsstat
biolatency dcsnoop funclatency oomkill statsnoop wakeuptime
biosnoop dcstat gethostlatency opensnoop syncsnoop xfsdist
biotop doc hardirqs pidpersec tcpaccept xfsslower
bitesize execsnoop killsnoop profile tcpconnect zfsdist
btrfsdist ext4dist mdflush runqlat tcpconnlat zfsslower
btrfsslower ext4slower memleak softirqs tcpretrans
cachestat filelife mysqld_qslower solisten tplist
cachetop fileslower offcputime sslsniff trace
我们将在“监控一般 Linux 系统性能和网络”下介绍一些示例。
跟踪 open() 系统调用
让我们首先使用 opensnoop 跟踪所有 open() 系统调用。这使我们能够通过识别数据文件、配置文件等来告诉我们各种应用程序如何工作：
$ cd /usr/share/bcc/tools
$ sudo ./opensnoop
PID COMM FD ERR PATH
1 systemd 35 0 /proc/self/mountinfo
2797 udisksd 13 0 /proc/self/mountinfo
1 systemd 35 0 /sys/devices/pci0000:00/0000:00:0d.0/ata3/host2/target2:0:0/2:0:0:0/block/sda/sda1/uevent
1 systemd 35 0 /run/udev/data/b8:1
1 systemd -1 2 /etc/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount
1 systemd -1 2 /run/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator/sys-kernel-debug-tracing.mount
1 systemd -1 2 /usr/local/lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount
2247 systemd 15 0 /proc/self/mountinfo
1 systemd -1 2 /lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount
1 systemd -1 2 /usr/lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator.late/sys-kernel-debug-tracing.mount
1 systemd -1 2 /etc/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /etc/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /run/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /run/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /usr/local/lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /usr/local/lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /usr/lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /usr/lib/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator.late/sys-kernel-debug-tracing.mount.wants
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator.late/sys-kernel-debug-tracing.mount.requires
1 systemd -1 2 /etc/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.d
1 systemd -1 2 /run/systemd/system/sys-kernel-debug-tracing.mount.d
1 systemd -1 2 /run/systemd/generator/sys-kernel-debug-tracing.mount.d
....
总结块设备 I/O 延迟
在此示例中，它显示了使用生物延迟的磁盘 I/O 延迟的汇总分布。执行命令后，等待几分钟，然后按 Ctrl-C 结束命令并查看输出。
$ sudo ./biolatecncy
Tracing block device I/O... Hit Ctrl-C to end.
^C
usecs : count distribution
0 -> 1 : 0 | |
2 -> 3 : 0 | |
4 -> 7 : 0 | |
8 -> 15 : 0 | |
16 -> 31 : 0 | |
32 -> 63 : 0 | |
64 -> 127 : 0 | |
128 -> 255 : 3 |****************************************|
256 -> 511 : 3 |****************************************|
512 -> 1023 : 1 |************* |
通过 exec() 系统调用跟踪新进程
在本节中，我们将使用 execsnoop 工具来跟踪正在执行的新进程。每次由 fork() 和 exec() 系统调用分叉进程时，都会在输出中显示。然而，并非所有进程都被捕获。
$ sudo ./execsnoop
PCOMM PID PPID RET ARGS
gnome-screensho 14882 14881 0 /usr/bin/gnome-screenshot --gapplication-service
systemd-hostnam 14892 1 0 /lib/systemd/systemd-hostnamed
nautilus 14897 2767 -2 /home/tecmint/bin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /home/tecmint/.local/bin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /usr/local/sbin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /usr/local/bin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /usr/sbin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /usr/bin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /sbin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /bin/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /usr/games/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /usr/local/games/net usershare info
nautilus 14897 2767 -2 /snap/bin/net usershare info
compiz 14899 14898 -2 /home/tecmint/bin/libreoffice --calc
compiz 14899 14898 -2 /home/tecmint/.local/bin/libreoffice --calc
compiz 14899 14898 -2 /usr/local/sbin/libreoffice --calc
compiz 14899 14898 -2 /usr/local/bin/libreoffice --calc
compiz 14899 14898 -2 /usr/sbin/libreoffice --calc
libreoffice 14899 2252 0 /usr/bin/libreoffice --calc
dirname 14902 14899 0 /usr/bin/dirname /usr/bin/libreoffice
basename 14903 14899 0 /usr/bin/basename /usr/bin/libreoffice
...
跟踪慢速 ext4 操作
使用ext4slower跟踪慢于10ms的ext4文件系统常见操作，帮助我们通过文件识别独立慢速磁盘I/O系统。
建议阅读： 13 个 Linux 性能监控工具
它只输出那些超过阈值的操作：
$ sudo ./execslower
Tracing ext4 operations slower than 10 ms
TIME COMM PID T BYTES OFF_KB LAT(ms) FILENAME
11:59:13 upstart 2252 W 48 1 10.76 dbus.log
11:59:13 gnome-screensh 14993 R 144 0 10.96 settings.ini
11:59:13 gnome-screensh 14993 R 28 0 16.02 gtk.css
11:59:13 gnome-screensh 14993 R 3389 0 18.32 gtk-main.css
11:59:25 rs:main Q:Reg 1826 W 156 60 31.85 syslog
11:59:25 pool 15002 R 208 0 14.98 .xsession-errors
11:59:25 pool 15002 R 644 0 12.28 .ICEauthority
11:59:25 pool 15002 R 220 0 13.38 .bash_logout
11:59:27 dconf-service 2599 S 0 0 22.75 user.BHDKOY
11:59:33 compiz 2548 R 4096 0 19.03 firefox.desktop
11:59:34 compiz 15008 R 128 0 27.52 firefox.sh
11:59:34 firefox 15008 R 128 0 36.48 firefox
11:59:34 zeitgeist-daem 2988 S 0 0 62.23 activity.sqlite-wal
11:59:34 zeitgeist-fts 2996 R 8192 40 15.67 postlist.DB
11:59:34 firefox 15008 R 140 0 18.05 dependentlibs.list
11:59:34 zeitgeist-fts 2996 S 0 0 25.96 position.tmp
11:59:34 firefox 15008 R 4096 0 10.67 libplc4.so
11:59:34 zeitgeist-fts 2996 S 0 0 11.29 termlist.tmp
...
使用 PID 和延迟跟踪块设备 I/O
接下来，让我们深入了解使用 biosnoop 每秒为每个磁盘 I/O 打印一行，其中包括进程 ID、扇区、字节、延迟等详细信息：
$ sudo ./biosnoop
TIME(s) COMM PID DISK T SECTOR BYTES LAT(ms)
0.000000000 ? 0 R -1 8 0.26
2.047897000 ? 0 R -1 8 0.21
3.280028000 kworker/u4:0 14871 sda W 30552896 4096 0.24
3.280271000 jbd2/sda1-8 545 sda W 29757720 12288 0.40
3.298318000 jbd2/sda1-8 545 sda W 29757744 4096 0.14
4.096084000 ? 0 R -1 8 0.27
6.143977000 ? 0 R -1 8 0.27
8.192006000 ? 0 R -1 8 0.26
8.303938000 kworker/u4:2 15084 sda W 12586584 4096 0.14
8.303965000 kworker/u4:2 15084 sda W 25174736 4096 0.14
10.239961000 ? 0 R -1 8 0.26
12.292057000 ? 0 R -1 8 0.20
14.335990000 ? 0 R -1 8 0.26
16.383798000 ? 0 R -1 8 0.17
...
跟踪页面缓存命中/未命中率
此后，我们继续使用 cachestat 每秒显示系统缓存中的一行汇总统计信息。这可以通过指出低缓存命中率和高丢失率来进行系统调整操作：
$ sudo ./cachestat
HITS MISSES DIRTIES READ_HIT% WRITE_HIT% BUFFERS_MB CACHED_MB
0 0 0 0.0% 0.0% 19 544
4 4 2 25.0% 25.0% 19 544
1321 33 4 97.3% 2.3% 19 545
7476 0 2 100.0% 0.0% 19 545
6228 15 2 99.7% 0.2% 19 545
0 0 0 0.0% 0.0% 19 545
7391 253 108 95.3% 2.7% 19 545
33608 5382 28 86.1% 13.8% 19 567
25098 37 36 99.7% 0.0% 19 566
17624 239 416 96.3% 0.5% 19 520
...
跟踪 TCP 活动连接
使用 tcpconnect 每秒监控 TCP 连接。其输出包括源地址、目标地址以及端口号。该工具对于跟踪意外的 TCP 连接非常有用，从而帮助我们识别应用程序配置中的低效或攻击者。
$ sudo ./tcpconnect
PID COMM IP SADDR DADDR DPORT
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 91.189.89.240 80
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.142 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.142 80
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.174 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 54.200.62.216 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 54.200.62.216 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 117.18.237.29 80
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.142 80
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.131 80
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.131 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 52.222.135.52 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.131 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 54.200.62.216 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 54.200.62.216 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.132 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.131 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 216.58.199.142 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 54.69.17.198 443
15272 Socket Threa 4 10.0.2.15 54.69.17.198 443
...
上述所有工具还可以与各种选项一起使用，要启用给定工具的帮助页面，请使用 -h 选项，例如：
$ sudo ./tcpconnect -h
usage: tcpconnect [-h] [-t] [-p PID] [-P PORT]
Trace TCP connects
optional arguments:
-h, --help show this help message and exit
-t, --timestamp include timestamp on output
-p PID, --pid PID trace this PID only
-P PORT, --port PORT comma-separated list of destination ports to trace.
examples:
./tcpconnect # trace all TCP connect()s
./tcpconnect -t # include timestamps
./tcpconnect -p 181 # only trace PID 181
./tcpconnect -P 80 # only trace port 80
./tcpconnect -P 80,81 # only trace port 80 and 81
跟踪失败的 exec() 系统调用
要跟踪失败的 exec() 系统调用，请使用 opensnoop 的 -x 选项，如下所示：
$ sudo ./opensnoop -x
PID COMM FD ERR PATH
15414 pool -1 2 /home/.hidden
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/cpu/system.slice/systemd-hostnamed.service/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/cpu/system.slice/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/cpuacct/system.slice/systemd-hostnamed.service/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/cpuacct/system.slice/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/blkio/system.slice/systemd-hostnamed.service/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/blkio/system.slice/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/memory/system.slice/systemd-hostnamed.service/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/memory/system.slice/cgroup.procs
15415 (ostnamed) -1 2 /sys/fs/cgroup/pids/system.slice/systemd-hostnamed.service/cgroup.procs
2548 compiz -1 2
15416 systemd-cgroups -1 2 /run/systemd/container
15416 systemd-cgroups -1 2 /sys/fs/kdbus/0-system/bus
15415 systemd-hostnam -1 2 /run/systemd/container
15415 systemd-hostnam -1 13 /proc/1/environ
15415 systemd-hostnam -1 2 /sys/fs/kdbus/0-system/bus
1695 dbus-daemon -1 2 /run/systemd/users/0
15415 systemd-hostnam -1 2 /etc/machine-info
15414 pool -1 2 /home/tecmint/.hidden
15414 pool -1 2 /home/tecmint/Binary/.hidden
2599 dconf-service -1 2 /run/user/1000/dconf/user
...
跟踪特定过程函数
下面的最后一个示例演示了如何执行自定义跟踪操作。我们正在使用特定进程的 PID 来跟踪该进程。
建议阅读： Netdata – Linux 实时性能监控工具
首先确定进程ID：
$ pidof firefox
15437
稍后，运行自定义trace命令。在下面的命令中：-p 指定进程 ID，do_sys_open() 是一个动态跟踪的内核函数，包括其第二个参数作为字符串。
$ sudo ./trace -p 4095 'do_sys_open "%s", arg2'
TIME PID COMM FUNC -
12:17:14 15437 firefox do_sys_open /run/user/1000/dconf/user
12:17:14 15437 firefox do_sys_open /home/tecmint/.config/dconf/user
12:18:07 15437 firefox do_sys_open /run/user/1000/dconf/user
12:18:07 15437 firefox do_sys_open /home/tecmint/.config/dconf/user
12:18:13 15437 firefox do_sys_open /sys/devices/system/cpu/present
12:18:13 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:13 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /usr/share/fonts/truetype/liberation/LiberationSans-Italic.ttf
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /usr/share/fonts/truetype/liberation/LiberationSans-Italic.ttf
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /usr/share/fonts/truetype/liberation/LiberationSans-Italic.ttf
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /sys/devices/system/cpu/present
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:14 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:15 15437 firefox do_sys_open /sys/devices/system/cpu/present
12:18:15 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:15 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:15 15437 firefox do_sys_open /sys/devices/system/cpu/present
12:18:15 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
12:18:15 15437 firefox do_sys_open /dev/urandom
....
概括
BCC 是一个功能强大且易于使用的工具包，适用于各种系统管理任务，例如跟踪系统性能监控、跟踪块设备 I/O、TCP 函数、文件系统操作、系统调用、Node.js 探针，还有更多。重要的是，它附带了几个示例文件和手册页，用于指导您的工具，使其用户友好且可靠。
最后但并非最不重要的一点是，您可以通过下面的评论部分分享您对该主题的想法、提出问题、提出有用的建议或任何建设性的反馈，从而与我们联系。
有关更多信息和使用方法，请访问：https://iovisor.github.io/bcc/