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Userspace-Tracing mit DTrace

by | Jan 18, 2018 | Development, Icinga, Linux, Mac

Als Entwickler habe ich oft das Problem, dass mir auf Produktionssystemen die Sichtbarkeit auf Programminterna fehlt: Wie viele Requests verarbeitet mein Programm gerade pro Sekunde? Ist die Queue aktuell voll?
Nun kann man anfangen, an allen möglichen Stellen Logeinträge zu schreiben. Allerdings wirken sich diese zum einen auf die Performance aus (nichts ist gratis, auch und gerade das Schreiben von Logs nicht) und zum anderen ist es extrem mühsam, die so gesammelten Daten im Anschluss in ein annehmbares Format zu bringen, um wirklich eine Aussage über die Performance treffen zu können. Andere Tools wie rr und valgrind sind dagegen zum Debuggen sehr praktisch, verlangsamen die ausgeführten Programme jedoch extrem, weswegen sie sich nicht für den produktiven Einsatz eignen.
Einen Lösungsansatz bieten hier Tracing-Frameworks. Hierzu liefert das eigene Programm bei bestimmten Ereignissen (z.B. wenn ein Request verarbeitet wurde) strukturierte Daten (z.B. Länge des Requests, Anzahl der Ergebnisse, o.ä.). Diese werden vom Tracing-Framework gesammelt und aufbereitet. Ein solches Framework ist DTrace. Es wurde ursprünglich von Sun Microsystems für Solaris entwickelt, ist allerdings auch für macOS verfügbar. Zudem bietet SystemTap unter Linux Kompatibilität für Teile der DTrace-Infrastruktur.
DTrace erlaubt es, interessante Stellen in den eigenen Programmen mit Probes auszustatten:

provider icinga {
	probe wq__full(void *wq);
	probe wq__starved(void *wq);
	probe wq__task__interleaved(void *wq);
	probe wq__task__begin(void *wq);
	probe wq__task__end(void *wq);
};

Zur Laufzeit des Programms sind diese Probes zunächst nicht aktiv und verursachen keinen Overhead. Dies erlaubt es, Probes auch in Release-Versionen mit auszuliefern, was das Analysieren von Performance-Problemen erleichtert, da nicht erst spezielle Pakete installiert werden müssen.
DTrace kann Probes je nach Bedarf aktivieren und auch wieder deaktivieren, auch wenn das Programm bereits läuft. Auch können Ereignisse mit DTrace-Scripts direkt in Relation zueinander gesetzt werden, um z.B. die Dauer zwischen zwei Ereignissen zu erfassen:

$ cat wq.d
icinga$target:::wq-task-begin
{
	self->ts = timestamp;
}
icinga$target:::wq-task-end
{
	@ = quantize(timestamp - self->ts);
}

Dieses Script können wir nun verwenden, um eine bereits laufende Icinga-Instanz zu analysieren:

$ ps ax | grep icinga2
56711 s003  R+     0:00.00 grep icinga2
56685 s006  R+     0:05.68 /Users/gunnar/i2/lib/icinga2/sbin/icinga2 daemon
56705 s006  S+     0:00.05 /Users/gunnar/i2/lib/icinga2/sbin/icinga2 daemon
$ sudo dtrace -s wq.d -p 56685
dtrace: system integrity protection is on, some features will not be available
dtrace: script 'wq.d' matched 2 probes
^C
           value  ------------- Distribution ------------- count
          524288 |                                         0
         1048576 |@                                        5
         2097152 |@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@       160
         4194304 |@@@                                      14
         8388608 |                                         1
        16777216 |                                         0
        33554432 |                                         0
        67108864 |                                         0
       134217728 |                                         0
       268435456 |                                         1
       536870912 |@                                        3
      1073741824 |                                         0
      2147483648 |                                         0
      4294967296 |                                         0
      8589934592 |                                         0
     17179869184 |                                         0
     34359738368 |                                         0
     68719476736 |                                         0
    137438953472 |@                                        4
    274877906944 |                                         0
$

Mein Ziel ist es, in absehbarer Zeit in Icinga 2 offiziell Support für DTrace einzubauen. Mal schauen, was sich damit dann alles rausfinden lässt. 🙂

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