如何使用ebpf监控Node.js事件循环的耗时

本篇内容介绍了“如何使用ebpf监控Node.js事件循环的耗时”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

前言：

强大的 ebpf 使用越来越广，能做的事情也越来越多，尤其是无侵入的优雅方式更加是技术选型的好选择。本文介绍如何使用 ebpf 来监控 Node.js 的耗时，从而了解 Node.js 事件循环的执行情况。不过这只是粗粒度的监控，想要精细地了解 Node.js 的运行情况，需要做的事情还很多。

在 Node.js 里，我们可以通过 V8 Inspector 的 cpuprofile 来了解 JS 的执行耗时，但是 cpuprofile 无法看到 C、C++ 代码的执行耗时，通常我们可以使用 perf 工具来或许 C、C++ 代码的耗时，不过这里介绍的是通过 ebpf 来实现，不失为一种探索。

首先来看一下对 poll io 阶段的监控。先定义一个结构体用于记录耗时。

struct event 

{

__u64 start_time;

__u64 end_time; 

};

接着写 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

// 用于记录数据

struct {

__uint（type, BPF_MAP_TYPE_HASH）;

__uint（max_entries, MAX_ENTRIES）;

__type（key, __u32）;

__type（value, const char *）;

} values SEC（".maps"）;

// 用于输入数据到用户层

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;

// 记录开始时间和结束时间

e.start_time = *time;

e.end_time = bpf_ktime_get_ns（）;

// 输出到用户层

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

bpf_map_delete_elem（&values, &current_id）;

id++;

return 0;

}

最后编写使用 ebpf 程序的代码，只列出核心代码。

#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"

// 输出结果函数

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;

// 监控哪个 Node.js 进程

char * pid_str = argv[1];

pid_t pid = （pid_t）atoi（pid_str）;

char execpath[500];

// 根据 pid 找到 Node.js 的可执行文件

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

// 需要监控的函数，uv__io_poll 是处理 poll io 阶段的函数

char * func = "uv__io_poll";

// 通过可执行文件获得函数的地址

uprobe_offset = get_elf_func_offset（execpath, func）;

// 加载 bpf 程序到内核

skel = uv_uprobe_bpf__open（）;

err = uv_uprobe_bpf__load（skel）;

// 挂载监控点

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）;

// 设置回调处理 bpf 的输出

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 的输出，然后执行回调处理，基于 epoll 实现

perf_buffer__poll（pb, PERF_POLL_TIMEOUT_MS）;

}

}

编译以上代码，然后启动一个 Node.js 进程，接着把 Node.js 进程的 pid 作为参数执行上面代码，就可以看到 poll io 阶段的耗时，通常，如果 Node.js 里没有任务会阻塞到 epoll_wait 中，所以我们无法观察到耗时。我们只需要在代码里写个定时器就行。

setInterval（（） => {}, 3000）;

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我们可以看到 poll io 耗时在 3s 左右，因为有定时器时，poll io 最多等待 3s 后就会返回，也就是整个 poll io 阶段的耗时。了解了基本的实现后，我们来监控整个事件循环每个阶段的耗时。原理是类似的。先定义一个处理多个阶段的宏。

#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）

接着改一下 bpf 代码。

#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）

我们看到代码和之前的 bpf 代码是一样的，只是通过宏的方式，方便定义多个阶段，避免重复代码。主要了使用 C 的一些知识。#a 等于 “a”，a##b 等于ab，“a” “b” 等于 “ab”（“a” “b” 中间有个空格）。同样，写完 bpf 代码后，再改一下主程序的代码。

#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）

同样，代码还是一样的，只是变成了宏定义，然后通过 PHASE（ATTACH_UPROBE） 定义重复代码。这里使用了 do while（false） 是因为如果某个阶段的处理过程有问题，则忽略，因为我们不能直接 return，所以 do while 是比较好的实现方式。因为在我测试的时候，有两个阶段是失败的，原因是找不到对应函数的地址。最后写个测试代码。

function compute（） {

    let sum = 0;

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

        sum += i;

    }

}

setInterval（（） => {

    compute（）;

    setImmediate（（） => {

        compute（）;

    }）;

}, 10000）

“如何使用ebpf监控Node.js事件循环的耗时”的内容就介绍到这里了，感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注亿速云网站，小编将为大家输出更多高质量的实用文章！