gcc4.6 添加了一个编译选项 -mfentry, 当程序编译之后，程序中的所有函数,除了notrace属性
#define notrace __attribute__((no_instrument_function))的函数头上都会添加上call __fentry__，占用5个字节，__fentry__函数在程序中可以自定义， 比如在Linux kernel中被定义为 retq直接返回。
SYM_FUNC_START(__fentry__)
retq
SYM_FUNC_END(__fentry__)
定义成retq的意思是我不想直接使用__fentry__, 其实现也是在内核启动的时候把__fentry__换成了nopl, 然后在需要trace内核函数时，再替换成对应的trampoline(中文: 蹦床).
本篇讲解ftrace(function trace)在用户空间的应用。
以下代码来自此git工程:
https://github.com/x-lugoo/ftracer.gitftracer.c中对__fentry__函数进行了自定义:
ftracer.c
asm(
" .globl __fentry__\n"
"__fentry__:\n"
/* save arguments */
" push %rax\n"
" push %rdi\n"
" push %rsi\n"
" push %rdx\n"
" push %rcx\n"
" push %r8\n"
" push %r9\n"
" movq %rsp,%rdi\n"
" call ftracer\n"
" pop %r9\n"
" pop %r8\n"
" pop %rcx\n"
" pop %rdx\n"
" pop %rsi\n"
" pop %rdi\n"
" pop %rax\n"
" ret\n");
上面__fentry__函数的实现把所有传参寄存器(x86_64架构)全部压栈，然后把sp指针传给ftracer()的第一个参数.
__attribute__((used)) void ftracer(struct frame *fr)
{
if (!tenabled)
return;
struct trace *t = &tbuf[tcur++];
if (tcur >= TSIZE)
tcur = 0;
t->tstamp = __builtin_ia32_rdtsc();
t->src = fr->caller;
t->dst = fr->callee;
t->arg1 = fr->rdi;
t->arg2 = fr->rsi;
t->arg3 = fr->rdx;
}struct frame {
uint64_t r9;
uint64_t r8;
uint64_t rcx;
uint64_t rdx;
uint64_t rsi;
uint64_t rdi;
uint64_t rax;
uint64_t callee;
uint64_t caller;
};
其中callee是被调用函数地址，caller是调用函数地址 ，比如f1()调用f2(), f2函数头上调用了__fentry__, 那么__fentry__ 就可以从frame结构中的rax变量地址之后找到callee和caller
f1() {
call f2
f2() {
call __fentry__
ftracer()的实现把函数调用参数，被调用函数，调用函数，函数执行时间戳都存在tbuf中
使用一个测试程序验证ftrace功能：
test.c
#include "ftracer.h"
#define mb() asm volatile ("" ::: "memory")
void f3(int a, int b, int c)
{
mb();
}
void f2(int a, int b, int c)
{
f3(4, 5, 6);
}
void f1(int a, int b, int c)
{
f2(7, 8, 9);
}
main()
{
ftrace_dump_at_exit(0);
ftrace_enable();
f1(1, 2, 3);
}函数调用关系:main->f1->f2->f3
编译：
gcc -c ftracer.cgcc -pg -mfentry ftracer.o test.c -o test
执行./test的时候调用ftrace_dump(), 打印出tbuf中的数据，
void ftrace_dump(unsigned max)
t = &tbuf[i];
...
printf("%llx %llx->%llx %llx %llx %llx\n",
t->tstamp,
t->src, t->dst,
t->arg1, t->arg2, t->arg3);
tbuf中包含函数调用关系和函数执行时时间戳:
./test
2b4fcfe84137ab 4008d1->400893 4 5 6 (f2->f3)
2b4fcfe8413763 4008fe->4008ac 7 8 9 (f1->f2)
2b4fcfe84136ee 40092d->4008d9 1 2 3 (main->f1)
以上函数调用关系对应各个函数代码段：
function f2:
0x00000000004008a7 <+0>: callq 0x400657 <__fentry__>
0x00000000004008ac <+5>: push %rbp
0x00000000004008ad <+6>: mov %rsp,%rbp
...
0x00000000004008cc <+37>: callq 0x40088e <f3>
0x00000000004008d1 <+42>: nop
0x00000000004008d2 <+43>: leaveq
0x00000000004008d3 <+44>: retq
function f3:
0x000000000040088e <+0>: callq 0x400657 <__fentry__>
0x0000000000400893 <+5>: push %rbp
...
0x00000000004008a6 <+24>: retq
function f1
0x00000000004008d4 <+0>: callq 0x400657 <__fentry__>
0x00000000004008d9 <+5>: push %rbp
...
0x00000000004008f4 <+32>: mov $0x7,%edi
0x00000000004008f9 <+37>: callq 0x4008a7 <f2>
0x00000000004008fe <+42>: nop
0x00000000004008ff <+43>: leaveq
0x0000000000400900 <+44>: retq
function main
0x0000000000400901 <+0>: callq 0x400657 <__fentry__>
...
0x0000000000400928 <+39>: callq 0x4008d4 <f1>
0x000000000040092d <+44>: mov $0x0,%eax
0x0000000000400932 <+49>: pop %rbp
0x0000000000400933 <+50>: retq
总结：以上分析了ftracer用于用户空间，可以跟踪函数调用参数和函数执行时间戳.
小编最新一直被催更微信公众号文章，我最近一直在设计优化tracer视频课程，内容已经迭代了四五次了，希望到时候能通俗易懂、图文并茂地讲解Linux内核中function tracer /function graph/ kprobe/kretprobe/trace event 的最底层原理和应用,预期三月下旬发布.
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