一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法及系统，系统可以为插件形式，也可以集成到开发环境中，包括选择函数模块、追踪程序代码生成模块、开始追踪模块、结束追踪模块；方法包括：步骤S1：通过选择函数模块，选择C程序源代码中所有要被追踪函数；步骤S2：通过追踪程序代码生成模块，生成基于eBPF/BCC编译链的追踪代码；步骤S3：通过开始追踪模块，执行追踪程序，实时输出被追踪函数的调用信息；步骤S4：通过结束追踪模块，结束追踪程序，输出所有被追踪函数的汇总信息。本发明专利技术用来自动生成基于eBPF/BCC的动态追踪程序，降低追踪程序编写的复杂性，有利于开发者追踪函数调用过程及性能分析。及性能分析。及性能分析。

【技术实现步骤摘要】
一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法及系统


[0001]本专利申请属于程序动态追踪
，更具体地说，是涉及一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法及系统。

技术介绍

[0002]在Linux操作系统下，程序追踪是一种调试、分析应用程序执行状态的手段，在不影响正常程序执行逻辑的前提下获取程序的被追踪点的信息。C应用程序追踪一般包含USDT用户静态追踪、基于uprobe、uretprobe动态追踪或采用eBPF技术的方式。采用USDT方式需要在源代码中加入追踪点，源代码和追踪程序耦合性比较高，每次修改追踪点都需要对源代码改动并重新编译；直接使用Linux内核中的uprobe、uretprobe追踪应用程序需要编写对应的内核模块，复杂性高并且可移植性比较差。
[0003]eBPF是Linux操作系统下的一个通用执行引擎，全称“扩展的伯克利数据包过滤器 (Extended Berkeley Packet Filter)”,它是一种数据包过滤技术，是安全、网络、负载均衡、故障分析、追踪等领域的主战场，可基于此引擎开发性能分析、观测程序，被应用于Linux内核、应用程序的观测及网络等诸多场景，降低了开发者对于应用程序追踪的难度，也有很好的可移植性，但直接编写eBPF程序仍具有一定的复杂性。
[0004]Linux内核一直是实现监视/可观察性，网络和安全性的理想场所。不幸的是，这通常是不切实际的，因为它需要更改内核源代码或加载内核模块，并导致彼此堆叠的抽象层。 eBPF是一项革命性的技术，可以在Linux内核中运行沙盒程序，而无需更改内核源代码或加载内核模块。通过使Linux内核可编程，基础架构软件可以利用现有的层，从而使它们更加智能和功能丰富，而无需继续为系统增加额外的复杂性层。
[0005]BCC是用于创建基于eBPF的高效内核跟踪和操作程序的工具包，也即使用BCC开发eBPF程序，通常命名为eBPF/BCC，其中包括一些有用的命令行工具和示例。bcc是eBPF的一种前端，当然这个前端特别地简单好用。可以直接在python里面嵌入通过C语言写的BPF程序，并帮忙产生BPF bytecode和load进入kernel挂载kprobe、tracepoints等上面执行。之后，还可以从python取出来C函数里面导出的maps数据以及perf
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event数据并进行打印。相关介绍参见https://www.cnblogs.com/AIPAOJIAO/p/14017402.html。
[0006]BCC简化了用C进行内核检测的eBPF程序的编写，包括LLVM的包装器以及Python和Lua的前端。它还提供了用于直接集成到应用程序中的高级库。
[0007]针对上述问题，需要设计一种方便开发者直接用来追踪C应用程序的方法及系统，用来生成C程序源代码中被追踪函数的追踪程序，开发者可以直接用来分析函数执行过程对被追踪函数的性能分析，以解决实现追踪程序的复杂性和移植困难的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法及系统，用来自动生成基于eBPF/BCC的动态追踪程序，降低追踪程序编写的复杂性，有利于
开发者追踪函数调用过程及性能分析。
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种C程序动态追踪系统，位于C程序源代码中，该C程序动态追踪系统可以为插件形式，也可以集成到开发环境中，包括选择函数模块、追踪程序代码生成模块、开始追踪模块、结束追踪模块，用于实现选择被追踪函数、生成追踪程序的代码、开始追踪、结束追踪的功能。
[0010]选择函数模块，选择被追踪函数；追踪程序代码生成模块，根据选择的被追踪函数，生成追踪程序代码；开始追踪模块，根据追踪程序代码，执行追踪程序；结束追踪模块，根据追踪程序代码，结束追踪程序。
[0011]一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法，利用了上述的一种C程序动态追踪系统，包括以下步骤，步骤S1：通过选择函数模块，选择C程序源代码中所有被追踪函数；步骤S2：根据选择的上述所有被追踪函数，通过追踪程序代码生成模块，生成基于eBPF/BCC编译链的追踪代码，进而生成追踪程序；步骤S3：通过开始追踪模块，执行追踪程序，实时输出被追踪函数的调用信息；步骤S4：通过结束追踪模块，结束追踪程序，输出所有被追踪函数的汇总信息。
[0012]进一步，步骤S1具体包括，步骤S11：开发者在集成开发环境中打开C程序源代码，激活C程序动态追踪系统；步骤S12：打开选择被追踪函数的对话框，选择需要的被追踪函数；步骤S13：保存步骤S12中被追踪函数的函数名、返回值类型、参数类型及参数顺序。
[0013]进一步，步骤S2具体包括，步骤S21：开发者在当前打开的C程序项目中生成追踪程序；步骤S22：C程序动态追踪系统解析所有被保存的被追踪函数的函数信息，自动生成基于eBPF/BCC编译链的C代码和Python代码并保存。
[0014]进一步，步骤S22中，生成的C代码实现被追踪函数的uprobe Hook 函数、uretprobe Hook 函数，上述uprobe Hook 函数、uretprobe Hook 函数获取被追踪函数的进程PID、TGID、进程名、开始执行时间、函数参数、被追踪函数的返回时间、被追踪函数的返回值信息；生成的Python代码负责注册被追踪函数的uprobe Hook 函数、uretprobe Hook函数，并不断获取上述被追踪函数的调用信息；追踪程序中的C代码最终被编译为BPF字节码，追踪程序作为用户态程序，通过Perf Event机制获取上述被追踪函数的调用信息。
[0015]进一步，步骤S3具体包括，步骤S31：执行C程序源代码编译后的应用程序后，开发者在集成开发环境中选择开启追踪，自动执行追踪程序并打开终端；步骤S32：终端中实时输出被追踪函数的调用信息。进一步，步骤S32中，终端中实时输出被追踪函数的调用信息，上述调用信息包含进程PID、TGID、进程名、开始执行时间、函数参数、被追踪函数的返回时间、被追踪函数的返
回值，同时C程序动态追踪系统将上述调用信息保存到文件中。
[0016]进一步，步骤S4具体包括，步骤S41：开发者在集成开发环境中选择结束追踪，追踪程序退出；步骤S42：C程序动态追踪系统分析被保存的调用信息，在终端中输出所有被追踪过程中的调用信息汇总。
[0017]进一步，步骤S42，获取每个被追踪函数的调用次数、平均耗时，最后在终端中按顺序依次显示被追踪函数的函数名、被调用次数、平均耗时、进程PID、TGID、进程名。
[0018]进一步，在终端中按被调用次数顺序依次显示被追踪函数的函数名、被调用次数、平均耗时、进程PID、TGID、进程名。
[0019]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的有益效果是：该用于集成开发环境的C程序动态追踪方法，与现有的C程序动态追踪方法相比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C程序动态追踪系统，位于C程序源代码中，其特征在于：包括选择函数模块、追踪程序代码生成模块、开始追踪模块、结束追踪模块，选择函数模块，选择被追踪函数；追踪程序代码生成模块，根据选择的被追踪函数，生成追踪程序代码；开始追踪模块，根据追踪程序代码，执行追踪程序；结束追踪模块，根据追踪程序代码，结束追踪程序。2.一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法，利用了权利要求1所述的一种C程序动态追踪系统，其特征在于：包括以下步骤，步骤S1：通过选择函数模块，选择C程序源代码中所有被追踪函数；步骤S2：根据选择的上述所有被追踪函数，通过追踪程序代码生成模块，生成基于eBPF/BCC编译链的追踪代码，进而生成追踪程序；步骤S3：通过开始追踪模块，执行追踪程序，实时输出被追踪函数的调用信息；步骤S4：通过结束追踪模块，结束追踪程序，输出所有被追踪函数的汇总信息。3.根据权利要求2所述的一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法，其特征在于：步骤S1具体包括，步骤S11：开发者在集成开发环境中打开C程序源代码，激活C程序动态追踪系统；步骤S12：打开选择被追踪函数的对话框，选择需要的被追踪函数；步骤S13：保存步骤S12中选中的被追踪函数的函数名、返回值类型、参数类型及参数顺序。4.根据权利要求2所述的一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法，其特征在于：步骤S2具体包括，步骤S21：开发者在当前打开的C程序项目中生成追踪程序；步骤S22：C程序动态追踪系统解析所有被保存的被追踪函数的函数信息，自动生成基于eBPF/BCC编译链的C代码和Python代码并保存。5.根据权利要求4所述的一种用于集成开发环境的C程序动态追踪方法，其特征在于：步骤S22中，生成的C代码实现被追踪函数的uprobe Hook 函数、uretprobe Hook 函数，上述uprobe Hook 函数、uretprobe Hook 函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春雨，刘步权，穆瑞超，吴春光，齐璇，战茅，徐虹，丁丽丽，王鹏龙，
申请(专利权)人：麒麟软件有限公司，
类型：发明
国别省市：