x86: fix cpufreq + sched_clock() regression
[linux-2.6] / Documentation / ftrace.txt
1                 ftrace - Function Tracer
2                 ========================
3
4 Copyright 2008 Red Hat Inc.
5    Author:   Steven Rostedt <srostedt@redhat.com>
6   License:   The GNU Free Documentation License, Version 1.2
7                (dual licensed under the GPL v2)
8 Reviewers:   Elias Oltmanns, Randy Dunlap, Andrew Morton,
9              John Kacur, and David Teigland.
10
11 Written for: 2.6.27-rc1
12
13 Introduction
14 ------------
15
16 Ftrace is an internal tracer designed to help out developers and
17 designers of systems to find what is going on inside the kernel.
18 It can be used for debugging or analyzing latencies and performance
19 issues that take place outside of user-space.
20
21 Although ftrace is the function tracer, it also includes an
22 infrastructure that allows for other types of tracing. Some of the
23 tracers that are currently in ftrace include a tracer to trace
24 context switches, the time it takes for a high priority task to
25 run after it was woken up, the time interrupts are disabled, and
26 more (ftrace allows for tracer plugins, which means that the list of
27 tracers can always grow).
28
29
30 The File System
31 ---------------
32
33 Ftrace uses the debugfs file system to hold the control files as well
34 as the files to display output.
35
36 To mount the debugfs system:
37
38   # mkdir /debug
39   # mount -t debugfs nodev /debug
40
41 (Note: it is more common to mount at /sys/kernel/debug, but for simplicity
42  this document will use /debug)
43
44 That's it! (assuming that you have ftrace configured into your kernel)
45
46 After mounting the debugfs, you can see a directory called
47 "tracing".  This directory contains the control and output files
48 of ftrace. Here is a list of some of the key files:
49
50
51  Note: all time values are in microseconds.
52
53   current_tracer : This is used to set or display the current tracer
54                 that is configured.
55
56   available_tracers : This holds the different types of tracers that
57                 have been compiled into the kernel. The tracers
58                 listed here can be configured by echoing their name
59                 into current_tracer.
60
61   tracing_enabled : This sets or displays whether the current_tracer
62                 is activated and tracing or not. Echo 0 into this
63                 file to disable the tracer or 1 to enable it.
64
65   trace : This file holds the output of the trace in a human readable
66                 format (described below).
67
68   latency_trace : This file shows the same trace but the information
69                 is organized more to display possible latencies
70                 in the system (described below).
71
72   trace_pipe : The output is the same as the "trace" file but this
73                 file is meant to be streamed with live tracing.
74                 Reads from this file will block until new data
75                 is retrieved. Unlike the "trace" and "latency_trace"
76                 files, this file is a consumer. This means reading
77                 from this file causes sequential reads to display
78                 more current data. Once data is read from this
79                 file, it is consumed, and will not be read
80                 again with a sequential read. The "trace" and
81                 "latency_trace" files are static, and if the
82                 tracer is not adding more data, they will display
83                 the same information every time they are read.
84
85   iter_ctrl : This file lets the user control the amount of data
86                 that is displayed in one of the above output
87                 files.
88
89   trace_max_latency : Some of the tracers record the max latency.
90                 For example, the time interrupts are disabled.
91                 This time is saved in this file. The max trace
92                 will also be stored, and displayed by either
93                 "trace" or "latency_trace".  A new max trace will
94                 only be recorded if the latency is greater than
95                 the value in this file. (in microseconds)
96
97   trace_entries : This sets or displays the number of trace
98                 entries each CPU buffer can hold. The tracer buffers
99                 are the same size for each CPU. The displayed number
100                 is the size of the CPU buffer and not total size. The
101                 trace buffers are allocated in pages (blocks of memory
102                 that the kernel uses for allocation, usually 4 KB in size).
103                 Since each entry is smaller than a page, if the last
104                 allocated page has room for more entries than were
105                 requested, the rest of the page is used to allocate
106                 entries.
107
108                 This can only be updated when the current_tracer
109                 is set to "none".
110
111                 NOTE: It is planned on changing the allocated buffers
112                       from being the number of possible CPUS to
113                       the number of online CPUS.
114
115   tracing_cpumask : This is a mask that lets the user only trace
116                 on specified CPUS. The format is a hex string
117                 representing the CPUS.
118
119   set_ftrace_filter : When dynamic ftrace is configured in (see the
120                 section below "dynamic ftrace"), the code is dynamically
121                 modified (code text rewrite) to disable calling of the
122                 function profiler (mcount). This lets tracing be configured
123                 in with practically no overhead in performance.  This also
124                 has a side effect of enabling or disabling specific functions
125                 to be traced. Echoing names of functions into this file
126                 will limit the trace to only those functions.
127
128   set_ftrace_notrace: This has an effect opposite to that of
129                 set_ftrace_filter. Any function that is added here will not
130                 be traced. If a function exists in both set_ftrace_filter
131                 and set_ftrace_notrace, the function will _not_ be traced.
132
133   available_filter_functions : When a function is encountered the first
134                 time by the dynamic tracer, it is recorded and
135                 later the call is converted into a nop. This file
136                 lists the functions that have been recorded
137                 by the dynamic tracer and these functions can
138                 be used to set the ftrace filter by the above
139                 "set_ftrace_filter" file. (See the section "dynamic ftrace"
140                 below for more details).
141
142
143 The Tracers
144 -----------
145
146 Here is the list of current tracers that may be configured.
147
148   ftrace - function tracer that uses mcount to trace all functions.
149
150   sched_switch - traces the context switches between tasks.
151
152   irqsoff - traces the areas that disable interrupts and saves
153                 the trace with the longest max latency.
154                 See tracing_max_latency.  When a new max is recorded,
155                 it replaces the old trace. It is best to view this
156                 trace via the latency_trace file.
157
158   preemptoff - Similar to irqsoff but traces and records the amount of
159                 time for which preemption is disabled.
160
161   preemptirqsoff - Similar to irqsoff and preemptoff, but traces and
162                  records the largest time for which irqs and/or preemption
163                  is disabled.
164
165   wakeup - Traces and records the max latency that it takes for
166                 the highest priority task to get scheduled after
167                 it has been woken up.
168
169   none - This is not a tracer. To remove all tracers from tracing
170                 simply echo "none" into current_tracer.
171
172
173 Examples of using the tracer
174 ----------------------------
175
176 Here are typical examples of using the tracers when controlling them only
177 with the debugfs interface (without using any user-land utilities).
178
179 Output format:
180 --------------
181
182 Here is an example of the output format of the file "trace"
183
184                              --------
185 # tracer: ftrace
186 #
187 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
188 #              | |      |          |         |
189             bash-4251  [01] 10152.583854: path_put <-path_walk
190             bash-4251  [01] 10152.583855: dput <-path_put
191             bash-4251  [01] 10152.583855: _atomic_dec_and_lock <-dput
192                              --------
193
194 A header is printed with the tracer name that is represented by the trace.
195 In this case the tracer is "ftrace". Then a header showing the format. Task
196 name "bash", the task PID "4251", the CPU that it was running on
197 "01", the timestamp in <secs>.<usecs> format, the function name that was
198 traced "path_put" and the parent function that called this function
199 "path_walk". The timestamp is the time at which the function was
200 entered.
201
202 The sched_switch tracer also includes tracing of task wakeups and
203 context switches.
204
205      ksoftirqd/1-7     [01]  1453.070013:      7:115:R   +  2916:115:S
206      ksoftirqd/1-7     [01]  1453.070013:      7:115:R   +    10:115:S
207      ksoftirqd/1-7     [01]  1453.070013:      7:115:R ==>    10:115:R
208         events/1-10    [01]  1453.070013:     10:115:S ==>  2916:115:R
209      kondemand/1-2916  [01]  1453.070013:   2916:115:S ==>     7:115:R
210      ksoftirqd/1-7     [01]  1453.070013:      7:115:S ==>     0:140:R
211
212 Wake ups are represented by a "+" and the context switches are shown as
213 "==>".  The format is:
214
215  Context switches:
216
217        Previous task              Next Task
218
219   <pid>:<prio>:<state>  ==>  <pid>:<prio>:<state>
220
221  Wake ups:
222
223        Current task               Task waking up
224
225   <pid>:<prio>:<state>    +  <pid>:<prio>:<state>
226
227 The prio is the internal kernel priority, which is the inverse of the
228 priority that is usually displayed by user-space tools. Zero represents
229 the highest priority (99). Prio 100 starts the "nice" priorities with
230 100 being equal to nice -20 and 139 being nice 19. The prio "140" is
231 reserved for the idle task which is the lowest priority thread (pid 0).
232
233
234 Latency trace format
235 --------------------
236
237 For traces that display latency times, the latency_trace file gives
238 somewhat more information to see why a latency happened. Here is a typical
239 trace.
240
241 # tracer: irqsoff
242 #
243 irqsoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
244 --------------------------------------------------------------------
245  latency: 97 us, #3/3, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
246     -----------------
247     | task: swapper-0 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
248     -----------------
249  => started at: apic_timer_interrupt
250  => ended at:   do_softirq
251
252 #                _------=> CPU#
253 #               / _-----=> irqs-off
254 #              | / _----=> need-resched
255 #              || / _---=> hardirq/softirq
256 #              ||| / _--=> preempt-depth
257 #              |||| /
258 #              |||||     delay
259 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
260 #     \   /    |||||   \   |   /
261   <idle>-0     0d..1    0us+: trace_hardirqs_off_thunk (apic_timer_interrupt)
262   <idle>-0     0d.s.   97us : __do_softirq (do_softirq)
263   <idle>-0     0d.s1   98us : trace_hardirqs_on (do_softirq)
264
265
266
267 This shows that the current tracer is "irqsoff" tracing the time for which
268 interrupts were disabled. It gives the trace version and the version
269 of the kernel upon which this was executed on (2.6.26-rc8). Then it displays
270 the max latency in microsecs (97 us). The number of trace entries displayed
271 and the total number recorded (both are three: #3/3). The type of
272 preemption that was used (PREEMPT). VP, KP, SP, and HP are always zero
273 and are reserved for later use. #P is the number of online CPUS (#P:2).
274
275 The task is the process that was running when the latency occurred.
276 (swapper pid: 0).
277
278 The start and stop (the functions in which the interrupts were disabled and
279 enabled respectively) that caused the latencies:
280
281   apic_timer_interrupt is where the interrupts were disabled.
282   do_softirq is where they were enabled again.
283
284 The next lines after the header are the trace itself. The header
285 explains which is which.
286
287   cmd: The name of the process in the trace.
288
289   pid: The PID of that process.
290
291   CPU#: The CPU which the process was running on.
292
293   irqs-off: 'd' interrupts are disabled. '.' otherwise.
294
295   need-resched: 'N' task need_resched is set, '.' otherwise.
296
297   hardirq/softirq:
298         'H' - hard irq occurred inside a softirq.
299         'h' - hard irq is running
300         's' - soft irq is running
301         '.' - normal context.
302
303   preempt-depth: The level of preempt_disabled
304
305 The above is mostly meaningful for kernel developers.
306
307   time: This differs from the trace file output. The trace file output
308         includes an absolute timestamp. The timestamp used by the
309         latency_trace file is relative to the start of the trace.
310
311   delay: This is just to help catch your eye a bit better. And
312         needs to be fixed to be only relative to the same CPU.
313         The marks are determined by the difference between this
314         current trace and the next trace.
315          '!' - greater than preempt_mark_thresh (default 100)
316          '+' - greater than 1 microsecond
317          ' ' - less than or equal to 1 microsecond.
318
319   The rest is the same as the 'trace' file.
320
321
322 iter_ctrl
323 ---------
324
325 The iter_ctrl file is used to control what gets printed in the trace
326 output. To see what is available, simply cat the file:
327
328   cat /debug/tracing/iter_ctrl
329   print-parent nosym-offset nosym-addr noverbose noraw nohex nobin \
330  noblock nostacktrace nosched-tree
331
332 To disable one of the options, echo in the option prepended with "no".
333
334   echo noprint-parent > /debug/tracing/iter_ctrl
335
336 To enable an option, leave off the "no".
337
338   echo sym-offset > /debug/tracing/iter_ctrl
339
340 Here are the available options:
341
342   print-parent - On function traces, display the calling function
343                 as well as the function being traced.
344
345   print-parent:
346    bash-4000  [01]  1477.606694: simple_strtoul <-strict_strtoul
347
348   noprint-parent:
349    bash-4000  [01]  1477.606694: simple_strtoul
350
351
352   sym-offset - Display not only the function name, but also the offset
353                 in the function. For example, instead of seeing just
354                 "ktime_get", you will see "ktime_get+0xb/0x20".
355
356   sym-offset:
357    bash-4000  [01]  1477.606694: simple_strtoul+0x6/0xa0
358
359   sym-addr - this will also display the function address as well as
360                 the function name.
361
362   sym-addr:
363    bash-4000  [01]  1477.606694: simple_strtoul <c0339346>
364
365   verbose - This deals with the latency_trace file.
366
367     bash  4000 1 0 00000000 00010a95 [58127d26] 1720.415ms \
368     (+0.000ms): simple_strtoul (strict_strtoul)
369
370   raw - This will display raw numbers. This option is best for use with
371         user applications that can translate the raw numbers better than
372         having it done in the kernel.
373
374   hex - Similar to raw, but the numbers will be in a hexadecimal format.
375
376   bin - This will print out the formats in raw binary.
377
378   block - TBD (needs update)
379
380   stacktrace - This is one of the options that changes the trace itself.
381                 When a trace is recorded, so is the stack of functions.
382                 This allows for back traces of trace sites.
383
384   sched-tree - TBD (any users??)
385
386
387 sched_switch
388 ------------
389
390 This tracer simply records schedule switches. Here is an example
391 of how to use it.
392
393  # echo sched_switch > /debug/tracing/current_tracer
394  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
395  # sleep 1
396  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
397  # cat /debug/tracing/trace
398
399 # tracer: sched_switch
400 #
401 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
402 #              | |      |          |         |
403             bash-3997  [01]   240.132281:   3997:120:R   +  4055:120:R
404             bash-3997  [01]   240.132284:   3997:120:R ==>  4055:120:R
405            sleep-4055  [01]   240.132371:   4055:120:S ==>  3997:120:R
406             bash-3997  [01]   240.132454:   3997:120:R   +  4055:120:S
407             bash-3997  [01]   240.132457:   3997:120:R ==>  4055:120:R
408            sleep-4055  [01]   240.132460:   4055:120:D ==>  3997:120:R
409             bash-3997  [01]   240.132463:   3997:120:R   +  4055:120:D
410             bash-3997  [01]   240.132465:   3997:120:R ==>  4055:120:R
411           <idle>-0     [00]   240.132589:      0:140:R   +     4:115:S
412           <idle>-0     [00]   240.132591:      0:140:R ==>     4:115:R
413      ksoftirqd/0-4     [00]   240.132595:      4:115:S ==>     0:140:R
414           <idle>-0     [00]   240.132598:      0:140:R   +     4:115:S
415           <idle>-0     [00]   240.132599:      0:140:R ==>     4:115:R
416      ksoftirqd/0-4     [00]   240.132603:      4:115:S ==>     0:140:R
417            sleep-4055  [01]   240.133058:   4055:120:S ==>  3997:120:R
418  [...]
419
420
421 As we have discussed previously about this format, the header shows
422 the name of the trace and points to the options. The "FUNCTION"
423 is a misnomer since here it represents the wake ups and context
424 switches.
425
426 The sched_switch file only lists the wake ups (represented with '+')
427 and context switches ('==>') with the previous task or current task
428 first followed by the next task or task waking up. The format for both
429 of these is PID:KERNEL-PRIO:TASK-STATE. Remember that the KERNEL-PRIO
430 is the inverse of the actual priority with zero (0) being the highest
431 priority and the nice values starting at 100 (nice -20). Below is
432 a quick chart to map the kernel priority to user land priorities.
433
434   Kernel priority: 0 to 99    ==> user RT priority 99 to 0
435   Kernel priority: 100 to 139 ==> user nice -20 to 19
436   Kernel priority: 140        ==> idle task priority
437
438 The task states are:
439
440  R - running : wants to run, may not actually be running
441  S - sleep   : process is waiting to be woken up (handles signals)
442  D - disk sleep (uninterruptible sleep) : process must be woken up
443                                         (ignores signals)
444  T - stopped : process suspended
445  t - traced  : process is being traced (with something like gdb)
446  Z - zombie  : process waiting to be cleaned up
447  X - unknown
448
449
450 ftrace_enabled
451 --------------
452
453 The following tracers (listed below) give different output depending
454 on whether or not the sysctl ftrace_enabled is set. To set ftrace_enabled,
455 one can either use the sysctl function or set it via the proc
456 file system interface.
457
458   sysctl kernel.ftrace_enabled=1
459
460  or
461
462   echo 1 > /proc/sys/kernel/ftrace_enabled
463
464 To disable ftrace_enabled simply replace the '1' with '0' in
465 the above commands.
466
467 When ftrace_enabled is set the tracers will also record the functions
468 that are within the trace. The descriptions of the tracers
469 will also show an example with ftrace enabled.
470
471
472 irqsoff
473 -------
474
475 When interrupts are disabled, the CPU can not react to any other
476 external event (besides NMIs and SMIs). This prevents the timer
477 interrupt from triggering or the mouse interrupt from letting the
478 kernel know of a new mouse event. The result is a latency with the
479 reaction time.
480
481 The irqsoff tracer tracks the time for which interrupts are disabled.
482 When a new maximum latency is hit, the tracer saves the trace leading up
483 to that latency point so that every time a new maximum is reached, the old
484 saved trace is discarded and the new trace is saved.
485
486 To reset the maximum, echo 0 into tracing_max_latency. Here is an
487 example:
488
489  # echo irqsoff > /debug/tracing/current_tracer
490  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_max_latency
491  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
492  # ls -ltr
493  [...]
494  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
495  # cat /debug/tracing/latency_trace
496 # tracer: irqsoff
497 #
498 irqsoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26
499 --------------------------------------------------------------------
500  latency: 12 us, #3/3, CPU#1 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
501     -----------------
502     | task: bash-3730 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
503     -----------------
504  => started at: sys_setpgid
505  => ended at:   sys_setpgid
506
507 #                _------=> CPU#
508 #               / _-----=> irqs-off
509 #              | / _----=> need-resched
510 #              || / _---=> hardirq/softirq
511 #              ||| / _--=> preempt-depth
512 #              |||| /
513 #              |||||     delay
514 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
515 #     \   /    |||||   \   |   /
516     bash-3730  1d...    0us : _write_lock_irq (sys_setpgid)
517     bash-3730  1d..1    1us+: _write_unlock_irq (sys_setpgid)
518     bash-3730  1d..2   14us : trace_hardirqs_on (sys_setpgid)
519
520
521 Here we see that that we had a latency of 12 microsecs (which is
522 very good). The _write_lock_irq in sys_setpgid disabled interrupts.
523 The difference between the 12 and the displayed timestamp 14us occurred
524 because the clock was incremented between the time of recording the max
525 latency and the time of recording the function that had that latency.
526
527 Note the above example had ftrace_enabled not set. If we set the
528 ftrace_enabled, we get a much larger output:
529
530 # tracer: irqsoff
531 #
532 irqsoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
533 --------------------------------------------------------------------
534  latency: 50 us, #101/101, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
535     -----------------
536     | task: ls-4339 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
537     -----------------
538  => started at: __alloc_pages_internal
539  => ended at:   __alloc_pages_internal
540
541 #                _------=> CPU#
542 #               / _-----=> irqs-off
543 #              | / _----=> need-resched
544 #              || / _---=> hardirq/softirq
545 #              ||| / _--=> preempt-depth
546 #              |||| /
547 #              |||||     delay
548 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
549 #     \   /    |||||   \   |   /
550       ls-4339  0...1    0us+: get_page_from_freelist (__alloc_pages_internal)
551       ls-4339  0d..1    3us : rmqueue_bulk (get_page_from_freelist)
552       ls-4339  0d..1    3us : _spin_lock (rmqueue_bulk)
553       ls-4339  0d..1    4us : add_preempt_count (_spin_lock)
554       ls-4339  0d..2    4us : __rmqueue (rmqueue_bulk)
555       ls-4339  0d..2    5us : __rmqueue_smallest (__rmqueue)
556       ls-4339  0d..2    5us : __mod_zone_page_state (__rmqueue_smallest)
557       ls-4339  0d..2    6us : __rmqueue (rmqueue_bulk)
558       ls-4339  0d..2    6us : __rmqueue_smallest (__rmqueue)
559       ls-4339  0d..2    7us : __mod_zone_page_state (__rmqueue_smallest)
560       ls-4339  0d..2    7us : __rmqueue (rmqueue_bulk)
561       ls-4339  0d..2    8us : __rmqueue_smallest (__rmqueue)
562 [...]
563       ls-4339  0d..2   46us : __rmqueue_smallest (__rmqueue)
564       ls-4339  0d..2   47us : __mod_zone_page_state (__rmqueue_smallest)
565       ls-4339  0d..2   47us : __rmqueue (rmqueue_bulk)
566       ls-4339  0d..2   48us : __rmqueue_smallest (__rmqueue)
567       ls-4339  0d..2   48us : __mod_zone_page_state (__rmqueue_smallest)
568       ls-4339  0d..2   49us : _spin_unlock (rmqueue_bulk)
569       ls-4339  0d..2   49us : sub_preempt_count (_spin_unlock)
570       ls-4339  0d..1   50us : get_page_from_freelist (__alloc_pages_internal)
571       ls-4339  0d..2   51us : trace_hardirqs_on (__alloc_pages_internal)
572
573
574
575 Here we traced a 50 microsecond latency. But we also see all the
576 functions that were called during that time. Note that by enabling
577 function tracing, we incur an added overhead. This overhead may
578 extend the latency times. But nevertheless, this trace has provided
579 some very helpful debugging information.
580
581
582 preemptoff
583 ----------
584
585 When preemption is disabled, we may be able to receive interrupts but
586 the task cannot be preempted and a higher priority task must wait
587 for preemption to be enabled again before it can preempt a lower
588 priority task.
589
590 The preemptoff tracer traces the places that disable preemption.
591 Like the irqsoff tracer, it records the maximum latency for which preemption
592 was disabled. The control of preemptoff tracer is much like the irqsoff
593 tracer.
594
595  # echo preemptoff > /debug/tracing/current_tracer
596  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_max_latency
597  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
598  # ls -ltr
599  [...]
600  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
601  # cat /debug/tracing/latency_trace
602 # tracer: preemptoff
603 #
604 preemptoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
605 --------------------------------------------------------------------
606  latency: 29 us, #3/3, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
607     -----------------
608     | task: sshd-4261 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
609     -----------------
610  => started at: do_IRQ
611  => ended at:   __do_softirq
612
613 #                _------=> CPU#
614 #               / _-----=> irqs-off
615 #              | / _----=> need-resched
616 #              || / _---=> hardirq/softirq
617 #              ||| / _--=> preempt-depth
618 #              |||| /
619 #              |||||     delay
620 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
621 #     \   /    |||||   \   |   /
622     sshd-4261  0d.h.    0us+: irq_enter (do_IRQ)
623     sshd-4261  0d.s.   29us : _local_bh_enable (__do_softirq)
624     sshd-4261  0d.s1   30us : trace_preempt_on (__do_softirq)
625
626
627 This has some more changes. Preemption was disabled when an interrupt
628 came in (notice the 'h'), and was enabled while doing a softirq.
629 (notice the 's'). But we also see that interrupts have been disabled
630 when entering the preempt off section and leaving it (the 'd').
631 We do not know if interrupts were enabled in the mean time.
632
633 # tracer: preemptoff
634 #
635 preemptoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
636 --------------------------------------------------------------------
637  latency: 63 us, #87/87, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
638     -----------------
639     | task: sshd-4261 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
640     -----------------
641  => started at: remove_wait_queue
642  => ended at:   __do_softirq
643
644 #                _------=> CPU#
645 #               / _-----=> irqs-off
646 #              | / _----=> need-resched
647 #              || / _---=> hardirq/softirq
648 #              ||| / _--=> preempt-depth
649 #              |||| /
650 #              |||||     delay
651 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
652 #     \   /    |||||   \   |   /
653     sshd-4261  0d..1    0us : _spin_lock_irqsave (remove_wait_queue)
654     sshd-4261  0d..1    1us : _spin_unlock_irqrestore (remove_wait_queue)
655     sshd-4261  0d..1    2us : do_IRQ (common_interrupt)
656     sshd-4261  0d..1    2us : irq_enter (do_IRQ)
657     sshd-4261  0d..1    2us : idle_cpu (irq_enter)
658     sshd-4261  0d..1    3us : add_preempt_count (irq_enter)
659     sshd-4261  0d.h1    3us : idle_cpu (irq_enter)
660     sshd-4261  0d.h.    4us : handle_fasteoi_irq (do_IRQ)
661 [...]
662     sshd-4261  0d.h.   12us : add_preempt_count (_spin_lock)
663     sshd-4261  0d.h1   12us : ack_ioapic_quirk_irq (handle_fasteoi_irq)
664     sshd-4261  0d.h1   13us : move_native_irq (ack_ioapic_quirk_irq)
665     sshd-4261  0d.h1   13us : _spin_unlock (handle_fasteoi_irq)
666     sshd-4261  0d.h1   14us : sub_preempt_count (_spin_unlock)
667     sshd-4261  0d.h1   14us : irq_exit (do_IRQ)
668     sshd-4261  0d.h1   15us : sub_preempt_count (irq_exit)
669     sshd-4261  0d..2   15us : do_softirq (irq_exit)
670     sshd-4261  0d...   15us : __do_softirq (do_softirq)
671     sshd-4261  0d...   16us : __local_bh_disable (__do_softirq)
672     sshd-4261  0d...   16us+: add_preempt_count (__local_bh_disable)
673     sshd-4261  0d.s4   20us : add_preempt_count (__local_bh_disable)
674     sshd-4261  0d.s4   21us : sub_preempt_count (local_bh_enable)
675     sshd-4261  0d.s5   21us : sub_preempt_count (local_bh_enable)
676 [...]
677     sshd-4261  0d.s6   41us : add_preempt_count (__local_bh_disable)
678     sshd-4261  0d.s6   42us : sub_preempt_count (local_bh_enable)
679     sshd-4261  0d.s7   42us : sub_preempt_count (local_bh_enable)
680     sshd-4261  0d.s5   43us : add_preempt_count (__local_bh_disable)
681     sshd-4261  0d.s5   43us : sub_preempt_count (local_bh_enable_ip)
682     sshd-4261  0d.s6   44us : sub_preempt_count (local_bh_enable_ip)
683     sshd-4261  0d.s5   44us : add_preempt_count (__local_bh_disable)
684     sshd-4261  0d.s5   45us : sub_preempt_count (local_bh_enable)
685 [...]
686     sshd-4261  0d.s.   63us : _local_bh_enable (__do_softirq)
687     sshd-4261  0d.s1   64us : trace_preempt_on (__do_softirq)
688
689
690 The above is an example of the preemptoff trace with ftrace_enabled
691 set. Here we see that interrupts were disabled the entire time.
692 The irq_enter code lets us know that we entered an interrupt 'h'.
693 Before that, the functions being traced still show that it is not
694 in an interrupt, but we can see from the functions themselves that
695 this is not the case.
696
697 Notice that __do_softirq when called does not have a preempt_count.
698 It may seem that we missed a preempt enabling. What really happened
699 is that the preempt count is held on the thread's stack and we
700 switched to the softirq stack (4K stacks in effect). The code
701 does not copy the preempt count, but because interrupts are disabled,
702 we do not need to worry about it. Having a tracer like this is good
703 for letting people know what really happens inside the kernel.
704
705
706 preemptirqsoff
707 --------------
708
709 Knowing the locations that have interrupts disabled or preemption
710 disabled for the longest times is helpful. But sometimes we would
711 like to know when either preemption and/or interrupts are disabled.
712
713 Consider the following code:
714
715     local_irq_disable();
716     call_function_with_irqs_off();
717     preempt_disable();
718     call_function_with_irqs_and_preemption_off();
719     local_irq_enable();
720     call_function_with_preemption_off();
721     preempt_enable();
722
723 The irqsoff tracer will record the total length of
724 call_function_with_irqs_off() and
725 call_function_with_irqs_and_preemption_off().
726
727 The preemptoff tracer will record the total length of
728 call_function_with_irqs_and_preemption_off() and
729 call_function_with_preemption_off().
730
731 But neither will trace the time that interrupts and/or preemption
732 is disabled. This total time is the time that we can not schedule.
733 To record this time, use the preemptirqsoff tracer.
734
735 Again, using this trace is much like the irqsoff and preemptoff tracers.
736
737  # echo preemptirqsoff > /debug/tracing/current_tracer
738  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_max_latency
739  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
740  # ls -ltr
741  [...]
742  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
743  # cat /debug/tracing/latency_trace
744 # tracer: preemptirqsoff
745 #
746 preemptirqsoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
747 --------------------------------------------------------------------
748  latency: 293 us, #3/3, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
749     -----------------
750     | task: ls-4860 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
751     -----------------
752  => started at: apic_timer_interrupt
753  => ended at:   __do_softirq
754
755 #                _------=> CPU#
756 #               / _-----=> irqs-off
757 #              | / _----=> need-resched
758 #              || / _---=> hardirq/softirq
759 #              ||| / _--=> preempt-depth
760 #              |||| /
761 #              |||||     delay
762 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
763 #     \   /    |||||   \   |   /
764       ls-4860  0d...    0us!: trace_hardirqs_off_thunk (apic_timer_interrupt)
765       ls-4860  0d.s.  294us : _local_bh_enable (__do_softirq)
766       ls-4860  0d.s1  294us : trace_preempt_on (__do_softirq)
767
768
769
770 The trace_hardirqs_off_thunk is called from assembly on x86 when
771 interrupts are disabled in the assembly code. Without the function
772 tracing, we do not know if interrupts were enabled within the preemption
773 points. We do see that it started with preemption enabled.
774
775 Here is a trace with ftrace_enabled set:
776
777
778 # tracer: preemptirqsoff
779 #
780 preemptirqsoff latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
781 --------------------------------------------------------------------
782  latency: 105 us, #183/183, CPU#0 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
783     -----------------
784     | task: sshd-4261 (uid:0 nice:0 policy:0 rt_prio:0)
785     -----------------
786  => started at: write_chan
787  => ended at:   __do_softirq
788
789 #                _------=> CPU#
790 #               / _-----=> irqs-off
791 #              | / _----=> need-resched
792 #              || / _---=> hardirq/softirq
793 #              ||| / _--=> preempt-depth
794 #              |||| /
795 #              |||||     delay
796 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
797 #     \   /    |||||   \   |   /
798       ls-4473  0.N..    0us : preempt_schedule (write_chan)
799       ls-4473  0dN.1    1us : _spin_lock (schedule)
800       ls-4473  0dN.1    2us : add_preempt_count (_spin_lock)
801       ls-4473  0d..2    2us : put_prev_task_fair (schedule)
802 [...]
803       ls-4473  0d..2   13us : set_normalized_timespec (ktime_get_ts)
804       ls-4473  0d..2   13us : __switch_to (schedule)
805     sshd-4261  0d..2   14us : finish_task_switch (schedule)
806     sshd-4261  0d..2   14us : _spin_unlock_irq (finish_task_switch)
807     sshd-4261  0d..1   15us : add_preempt_count (_spin_lock_irqsave)
808     sshd-4261  0d..2   16us : _spin_unlock_irqrestore (hrtick_set)
809     sshd-4261  0d..2   16us : do_IRQ (common_interrupt)
810     sshd-4261  0d..2   17us : irq_enter (do_IRQ)
811     sshd-4261  0d..2   17us : idle_cpu (irq_enter)
812     sshd-4261  0d..2   18us : add_preempt_count (irq_enter)
813     sshd-4261  0d.h2   18us : idle_cpu (irq_enter)
814     sshd-4261  0d.h.   18us : handle_fasteoi_irq (do_IRQ)
815     sshd-4261  0d.h.   19us : _spin_lock (handle_fasteoi_irq)
816     sshd-4261  0d.h.   19us : add_preempt_count (_spin_lock)
817     sshd-4261  0d.h1   20us : _spin_unlock (handle_fasteoi_irq)
818     sshd-4261  0d.h1   20us : sub_preempt_count (_spin_unlock)
819 [...]
820     sshd-4261  0d.h1   28us : _spin_unlock (handle_fasteoi_irq)
821     sshd-4261  0d.h1   29us : sub_preempt_count (_spin_unlock)
822     sshd-4261  0d.h2   29us : irq_exit (do_IRQ)
823     sshd-4261  0d.h2   29us : sub_preempt_count (irq_exit)
824     sshd-4261  0d..3   30us : do_softirq (irq_exit)
825     sshd-4261  0d...   30us : __do_softirq (do_softirq)
826     sshd-4261  0d...   31us : __local_bh_disable (__do_softirq)
827     sshd-4261  0d...   31us+: add_preempt_count (__local_bh_disable)
828     sshd-4261  0d.s4   34us : add_preempt_count (__local_bh_disable)
829 [...]
830     sshd-4261  0d.s3   43us : sub_preempt_count (local_bh_enable_ip)
831     sshd-4261  0d.s4   44us : sub_preempt_count (local_bh_enable_ip)
832     sshd-4261  0d.s3   44us : smp_apic_timer_interrupt (apic_timer_interrupt)
833     sshd-4261  0d.s3   45us : irq_enter (smp_apic_timer_interrupt)
834     sshd-4261  0d.s3   45us : idle_cpu (irq_enter)
835     sshd-4261  0d.s3   46us : add_preempt_count (irq_enter)
836     sshd-4261  0d.H3   46us : idle_cpu (irq_enter)
837     sshd-4261  0d.H3   47us : hrtimer_interrupt (smp_apic_timer_interrupt)
838     sshd-4261  0d.H3   47us : ktime_get (hrtimer_interrupt)
839 [...]
840     sshd-4261  0d.H3   81us : tick_program_event (hrtimer_interrupt)
841     sshd-4261  0d.H3   82us : ktime_get (tick_program_event)
842     sshd-4261  0d.H3   82us : ktime_get_ts (ktime_get)
843     sshd-4261  0d.H3   83us : getnstimeofday (ktime_get_ts)
844     sshd-4261  0d.H3   83us : set_normalized_timespec (ktime_get_ts)
845     sshd-4261  0d.H3   84us : clockevents_program_event (tick_program_event)
846     sshd-4261  0d.H3   84us : lapic_next_event (clockevents_program_event)
847     sshd-4261  0d.H3   85us : irq_exit (smp_apic_timer_interrupt)
848     sshd-4261  0d.H3   85us : sub_preempt_count (irq_exit)
849     sshd-4261  0d.s4   86us : sub_preempt_count (irq_exit)
850     sshd-4261  0d.s3   86us : add_preempt_count (__local_bh_disable)
851 [...]
852     sshd-4261  0d.s1   98us : sub_preempt_count (net_rx_action)
853     sshd-4261  0d.s.   99us : add_preempt_count (_spin_lock_irq)
854     sshd-4261  0d.s1   99us+: _spin_unlock_irq (run_timer_softirq)
855     sshd-4261  0d.s.  104us : _local_bh_enable (__do_softirq)
856     sshd-4261  0d.s.  104us : sub_preempt_count (_local_bh_enable)
857     sshd-4261  0d.s.  105us : _local_bh_enable (__do_softirq)
858     sshd-4261  0d.s1  105us : trace_preempt_on (__do_softirq)
859
860
861 This is a very interesting trace. It started with the preemption of
862 the ls task. We see that the task had the "need_resched" bit set
863 via the 'N' in the trace.  Interrupts were disabled before the spin_lock
864 at the beginning of the trace. We see that a schedule took place to run
865 sshd.  When the interrupts were enabled, we took an interrupt.
866 On return from the interrupt handler, the softirq ran. We took another
867 interrupt while running the softirq as we see from the capital 'H'.
868
869
870 wakeup
871 ------
872
873 In a Real-Time environment it is very important to know the wakeup
874 time it takes for the highest priority task that is woken up to the
875 time that it executes. This is also known as "schedule latency".
876 I stress the point that this is about RT tasks. It is also important
877 to know the scheduling latency of non-RT tasks, but the average
878 schedule latency is better for non-RT tasks. Tools like
879 LatencyTop are more appropriate for such measurements.
880
881 Real-Time environments are interested in the worst case latency.
882 That is the longest latency it takes for something to happen, and
883 not the average. We can have a very fast scheduler that may only
884 have a large latency once in a while, but that would not work well
885 with Real-Time tasks.  The wakeup tracer was designed to record
886 the worst case wakeups of RT tasks. Non-RT tasks are not recorded
887 because the tracer only records one worst case and tracing non-RT
888 tasks that are unpredictable will overwrite the worst case latency
889 of RT tasks.
890
891 Since this tracer only deals with RT tasks, we will run this slightly
892 differently than we did with the previous tracers. Instead of performing
893 an 'ls', we will run 'sleep 1' under 'chrt' which changes the
894 priority of the task.
895
896  # echo wakeup > /debug/tracing/current_tracer
897  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_max_latency
898  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
899  # chrt -f 5 sleep 1
900  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
901  # cat /debug/tracing/latency_trace
902 # tracer: wakeup
903 #
904 wakeup latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
905 --------------------------------------------------------------------
906  latency: 4 us, #2/2, CPU#1 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
907     -----------------
908     | task: sleep-4901 (uid:0 nice:0 policy:1 rt_prio:5)
909     -----------------
910
911 #                _------=> CPU#
912 #               / _-----=> irqs-off
913 #              | / _----=> need-resched
914 #              || / _---=> hardirq/softirq
915 #              ||| / _--=> preempt-depth
916 #              |||| /
917 #              |||||     delay
918 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
919 #     \   /    |||||   \   |   /
920   <idle>-0     1d.h4    0us+: try_to_wake_up (wake_up_process)
921   <idle>-0     1d..4    4us : schedule (cpu_idle)
922
923
924
925 Running this on an idle system, we see that it only took 4 microseconds
926 to perform the task switch.  Note, since the trace marker in the
927 schedule is before the actual "switch", we stop the tracing when
928 the recorded task is about to schedule in. This may change if
929 we add a new marker at the end of the scheduler.
930
931 Notice that the recorded task is 'sleep' with the PID of 4901 and it
932 has an rt_prio of 5. This priority is user-space priority and not
933 the internal kernel priority. The policy is 1 for SCHED_FIFO and 2
934 for SCHED_RR.
935
936 Doing the same with chrt -r 5 and ftrace_enabled set.
937
938 # tracer: wakeup
939 #
940 wakeup latency trace v1.1.5 on 2.6.26-rc8
941 --------------------------------------------------------------------
942  latency: 50 us, #60/60, CPU#1 | (M:preempt VP:0, KP:0, SP:0 HP:0 #P:2)
943     -----------------
944     | task: sleep-4068 (uid:0 nice:0 policy:2 rt_prio:5)
945     -----------------
946
947 #                _------=> CPU#
948 #               / _-----=> irqs-off
949 #              | / _----=> need-resched
950 #              || / _---=> hardirq/softirq
951 #              ||| / _--=> preempt-depth
952 #              |||| /
953 #              |||||     delay
954 #  cmd     pid ||||| time  |   caller
955 #     \   /    |||||   \   |   /
956 ksoftirq-7     1d.H3    0us : try_to_wake_up (wake_up_process)
957 ksoftirq-7     1d.H4    1us : sub_preempt_count (marker_probe_cb)
958 ksoftirq-7     1d.H3    2us : check_preempt_wakeup (try_to_wake_up)
959 ksoftirq-7     1d.H3    3us : update_curr (check_preempt_wakeup)
960 ksoftirq-7     1d.H3    4us : calc_delta_mine (update_curr)
961 ksoftirq-7     1d.H3    5us : __resched_task (check_preempt_wakeup)
962 ksoftirq-7     1d.H3    6us : task_wake_up_rt (try_to_wake_up)
963 ksoftirq-7     1d.H3    7us : _spin_unlock_irqrestore (try_to_wake_up)
964 [...]
965 ksoftirq-7     1d.H2   17us : irq_exit (smp_apic_timer_interrupt)
966 ksoftirq-7     1d.H2   18us : sub_preempt_count (irq_exit)
967 ksoftirq-7     1d.s3   19us : sub_preempt_count (irq_exit)
968 ksoftirq-7     1..s2   20us : rcu_process_callbacks (__do_softirq)
969 [...]
970 ksoftirq-7     1..s2   26us : __rcu_process_callbacks (rcu_process_callbacks)
971 ksoftirq-7     1d.s2   27us : _local_bh_enable (__do_softirq)
972 ksoftirq-7     1d.s2   28us : sub_preempt_count (_local_bh_enable)
973 ksoftirq-7     1.N.3   29us : sub_preempt_count (ksoftirqd)
974 ksoftirq-7     1.N.2   30us : _cond_resched (ksoftirqd)
975 ksoftirq-7     1.N.2   31us : __cond_resched (_cond_resched)
976 ksoftirq-7     1.N.2   32us : add_preempt_count (__cond_resched)
977 ksoftirq-7     1.N.2   33us : schedule (__cond_resched)
978 ksoftirq-7     1.N.2   33us : add_preempt_count (schedule)
979 ksoftirq-7     1.N.3   34us : hrtick_clear (schedule)
980 ksoftirq-7     1dN.3   35us : _spin_lock (schedule)
981 ksoftirq-7     1dN.3   36us : add_preempt_count (_spin_lock)
982 ksoftirq-7     1d..4   37us : put_prev_task_fair (schedule)
983 ksoftirq-7     1d..4   38us : update_curr (put_prev_task_fair)
984 [...]
985 ksoftirq-7     1d..5   47us : _spin_trylock (tracing_record_cmdline)
986 ksoftirq-7     1d..5   48us : add_preempt_count (_spin_trylock)
987 ksoftirq-7     1d..6   49us : _spin_unlock (tracing_record_cmdline)
988 ksoftirq-7     1d..6   49us : sub_preempt_count (_spin_unlock)
989 ksoftirq-7     1d..4   50us : schedule (__cond_resched)
990
991 The interrupt went off while running ksoftirqd. This task runs at
992 SCHED_OTHER. Why did not we see the 'N' set early? This may be
993 a harmless bug with x86_32 and 4K stacks. On x86_32 with 4K stacks
994 configured, the interrupt and softirq run with their own stack.
995 Some information is held on the top of the task's stack (need_resched
996 and preempt_count are both stored there). The setting of the NEED_RESCHED
997 bit is done directly to the task's stack, but the reading of the
998 NEED_RESCHED is done by looking at the current stack, which in this case
999 is the stack for the hard interrupt. This hides the fact that NEED_RESCHED
1000 has been set. We do not see the 'N' until we switch back to the task's
1001 assigned stack.
1002
1003 ftrace
1004 ------
1005
1006 ftrace is not only the name of the tracing infrastructure, but it
1007 is also a name of one of the tracers. The tracer is the function
1008 tracer. Enabling the function tracer can be done from the
1009 debug file system. Make sure the ftrace_enabled is set otherwise
1010 this tracer is a nop.
1011
1012  # sysctl kernel.ftrace_enabled=1
1013  # echo ftrace > /debug/tracing/current_tracer
1014  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
1015  # usleep 1
1016  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
1017  # cat /debug/tracing/trace
1018 # tracer: ftrace
1019 #
1020 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
1021 #              | |      |          |         |
1022             bash-4003  [00]   123.638713: finish_task_switch <-schedule
1023             bash-4003  [00]   123.638714: _spin_unlock_irq <-finish_task_switch
1024             bash-4003  [00]   123.638714: sub_preempt_count <-_spin_unlock_irq
1025             bash-4003  [00]   123.638715: hrtick_set <-schedule
1026             bash-4003  [00]   123.638715: _spin_lock_irqsave <-hrtick_set
1027             bash-4003  [00]   123.638716: add_preempt_count <-_spin_lock_irqsave
1028             bash-4003  [00]   123.638716: _spin_unlock_irqrestore <-hrtick_set
1029             bash-4003  [00]   123.638717: sub_preempt_count <-_spin_unlock_irqrestore
1030             bash-4003  [00]   123.638717: hrtick_clear <-hrtick_set
1031             bash-4003  [00]   123.638718: sub_preempt_count <-schedule
1032             bash-4003  [00]   123.638718: sub_preempt_count <-preempt_schedule
1033             bash-4003  [00]   123.638719: wait_for_completion <-__stop_machine_run
1034             bash-4003  [00]   123.638719: wait_for_common <-wait_for_completion
1035             bash-4003  [00]   123.638720: _spin_lock_irq <-wait_for_common
1036             bash-4003  [00]   123.638720: add_preempt_count <-_spin_lock_irq
1037 [...]
1038
1039
1040 Note: ftrace uses ring buffers to store the above entries. The newest data
1041 may overwrite the oldest data. Sometimes using echo to stop the trace
1042 is not sufficient because the tracing could have overwritten the data
1043 that you wanted to record. For this reason, it is sometimes better to
1044 disable tracing directly from a program. This allows you to stop the
1045 tracing at the point that you hit the part that you are interested in.
1046 To disable the tracing directly from a C program, something like following
1047 code snippet can be used:
1048
1049 int trace_fd;
1050 [...]
1051 int main(int argc, char *argv[]) {
1052         [...]
1053         trace_fd = open("/debug/tracing/tracing_enabled", O_WRONLY);
1054         [...]
1055         if (condition_hit()) {
1056                 write(trace_fd, "0", 1);
1057         }
1058         [...]
1059 }
1060
1061 Note: Here we hard coded the path name. The debugfs mount is not
1062 guaranteed to be at /debug (and is more commonly at /sys/kernel/debug).
1063 For simple one time traces, the above is sufficent. For anything else,
1064 a search through /proc/mounts may be needed to find where the debugfs
1065 file-system is mounted.
1066
1067 dynamic ftrace
1068 --------------
1069
1070 If CONFIG_DYNAMIC_FTRACE is set, the system will run with
1071 virtually no overhead when function tracing is disabled. The way
1072 this works is the mcount function call (placed at the start of
1073 every kernel function, produced by the -pg switch in gcc), starts
1074 of pointing to a simple return. (Enabling FTRACE will include the
1075 -pg switch in the compiling of the kernel.)
1076
1077 When dynamic ftrace is initialized, it calls kstop_machine to make
1078 the machine act like a uniprocessor so that it can freely modify code
1079 without worrying about other processors executing that same code.  At
1080 initialization, the mcount calls are changed to call a "record_ip"
1081 function.  After this, the first time a kernel function is called,
1082 it has the calling address saved in a hash table.
1083
1084 Later on the ftraced kernel thread is awoken and will again call
1085 kstop_machine if new functions have been recorded. The ftraced thread
1086 will change all calls to mcount to "nop".  Just calling mcount
1087 and having mcount return has shown a 10% overhead. By converting
1088 it to a nop, there is no measurable overhead to the system.
1089
1090 One special side-effect to the recording of the functions being
1091 traced is that we can now selectively choose which functions we
1092 wish to trace and which ones we want the mcount calls to remain as
1093 nops.
1094
1095 Two files are used, one for enabling and one for disabling the tracing
1096 of specified functions. They are:
1097
1098   set_ftrace_filter
1099
1100 and
1101
1102   set_ftrace_notrace
1103
1104 A list of available functions that you can add to these files is listed
1105 in:
1106
1107    available_filter_functions
1108
1109  # cat /debug/tracing/available_filter_functions
1110 put_prev_task_idle
1111 kmem_cache_create
1112 pick_next_task_rt
1113 get_online_cpus
1114 pick_next_task_fair
1115 mutex_lock
1116 [...]
1117
1118 If I am only interested in sys_nanosleep and hrtimer_interrupt:
1119
1120  # echo sys_nanosleep hrtimer_interrupt \
1121                 > /debug/tracing/set_ftrace_filter
1122  # echo ftrace > /debug/tracing/current_tracer
1123  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
1124  # usleep 1
1125  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
1126  # cat /debug/tracing/trace
1127 # tracer: ftrace
1128 #
1129 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
1130 #              | |      |          |         |
1131           usleep-4134  [00]  1317.070017: hrtimer_interrupt <-smp_apic_timer_interrupt
1132           usleep-4134  [00]  1317.070111: sys_nanosleep <-syscall_call
1133           <idle>-0     [00]  1317.070115: hrtimer_interrupt <-smp_apic_timer_interrupt
1134
1135 To see which functions are being traced, you can cat the file:
1136
1137  # cat /debug/tracing/set_ftrace_filter
1138 hrtimer_interrupt
1139 sys_nanosleep
1140
1141
1142 Perhaps this is not enough. The filters also allow simple wild cards.
1143 Only the following are currently available
1144
1145   <match>*  - will match functions that begin with <match>
1146   *<match>  - will match functions that end with <match>
1147   *<match>* - will match functions that have <match> in it
1148
1149 These are the only wild cards which are supported.
1150
1151   <match>*<match> will not work.
1152
1153  # echo hrtimer_* > /debug/tracing/set_ftrace_filter
1154
1155 Produces:
1156
1157 # tracer: ftrace
1158 #
1159 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
1160 #              | |      |          |         |
1161             bash-4003  [00]  1480.611794: hrtimer_init <-copy_process
1162             bash-4003  [00]  1480.611941: hrtimer_start <-hrtick_set
1163             bash-4003  [00]  1480.611956: hrtimer_cancel <-hrtick_clear
1164             bash-4003  [00]  1480.611956: hrtimer_try_to_cancel <-hrtimer_cancel
1165           <idle>-0     [00]  1480.612019: hrtimer_get_next_event <-get_next_timer_interrupt
1166           <idle>-0     [00]  1480.612025: hrtimer_get_next_event <-get_next_timer_interrupt
1167           <idle>-0     [00]  1480.612032: hrtimer_get_next_event <-get_next_timer_interrupt
1168           <idle>-0     [00]  1480.612037: hrtimer_get_next_event <-get_next_timer_interrupt
1169           <idle>-0     [00]  1480.612382: hrtimer_get_next_event <-get_next_timer_interrupt
1170
1171
1172 Notice that we lost the sys_nanosleep.
1173
1174  # cat /debug/tracing/set_ftrace_filter
1175 hrtimer_run_queues
1176 hrtimer_run_pending
1177 hrtimer_init
1178 hrtimer_cancel
1179 hrtimer_try_to_cancel
1180 hrtimer_forward
1181 hrtimer_start
1182 hrtimer_reprogram
1183 hrtimer_force_reprogram
1184 hrtimer_get_next_event
1185 hrtimer_interrupt
1186 hrtimer_nanosleep
1187 hrtimer_wakeup
1188 hrtimer_get_remaining
1189 hrtimer_get_res
1190 hrtimer_init_sleeper
1191
1192
1193 This is because the '>' and '>>' act just like they do in bash.
1194 To rewrite the filters, use '>'
1195 To append to the filters, use '>>'
1196
1197 To clear out a filter so that all functions will be recorded again:
1198
1199  # echo > /debug/tracing/set_ftrace_filter
1200  # cat /debug/tracing/set_ftrace_filter
1201  #
1202
1203 Again, now we want to append.
1204
1205  # echo sys_nanosleep > /debug/tracing/set_ftrace_filter
1206  # cat /debug/tracing/set_ftrace_filter
1207 sys_nanosleep
1208  # echo hrtimer_* >> /debug/tracing/set_ftrace_filter
1209  # cat /debug/tracing/set_ftrace_filter
1210 hrtimer_run_queues
1211 hrtimer_run_pending
1212 hrtimer_init
1213 hrtimer_cancel
1214 hrtimer_try_to_cancel
1215 hrtimer_forward
1216 hrtimer_start
1217 hrtimer_reprogram
1218 hrtimer_force_reprogram
1219 hrtimer_get_next_event
1220 hrtimer_interrupt
1221 sys_nanosleep
1222 hrtimer_nanosleep
1223 hrtimer_wakeup
1224 hrtimer_get_remaining
1225 hrtimer_get_res
1226 hrtimer_init_sleeper
1227
1228
1229 The set_ftrace_notrace prevents those functions from being traced.
1230
1231  # echo '*preempt*' '*lock*' > /debug/tracing/set_ftrace_notrace
1232
1233 Produces:
1234
1235 # tracer: ftrace
1236 #
1237 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
1238 #              | |      |          |         |
1239             bash-4043  [01]   115.281644: finish_task_switch <-schedule
1240             bash-4043  [01]   115.281645: hrtick_set <-schedule
1241             bash-4043  [01]   115.281645: hrtick_clear <-hrtick_set
1242             bash-4043  [01]   115.281646: wait_for_completion <-__stop_machine_run
1243             bash-4043  [01]   115.281647: wait_for_common <-wait_for_completion
1244             bash-4043  [01]   115.281647: kthread_stop <-stop_machine_run
1245             bash-4043  [01]   115.281648: init_waitqueue_head <-kthread_stop
1246             bash-4043  [01]   115.281648: wake_up_process <-kthread_stop
1247             bash-4043  [01]   115.281649: try_to_wake_up <-wake_up_process
1248
1249 We can see that there's no more lock or preempt tracing.
1250
1251 ftraced
1252 -------
1253
1254 As mentioned above, when dynamic ftrace is configured in, a kernel
1255 thread wakes up once a second and checks to see if there are mcount
1256 calls that need to be converted into nops. If there are not any, then
1257 it simply goes back to sleep. But if there are some, it will call
1258 kstop_machine to convert the calls to nops.
1259
1260 There may be a case in which you do not want this added latency.
1261 Perhaps you are doing some audio recording and this activity might
1262 cause skips in the playback. There is an interface to disable
1263 and enable the "ftraced" kernel thread.
1264
1265  # echo 0 > /debug/tracing/ftraced_enabled
1266
1267 This will disable the calling of kstop_machine to update the
1268 mcount calls to nops. Remember that there is a large overhead
1269 to calling mcount. Without this kernel thread, that overhead will
1270 exist.
1271
1272 If there are recorded calls to mcount, any write to the ftraced_enabled
1273 file will cause the kstop_machine to run. This means that a
1274 user can manually perform the updates when they want to by simply
1275 echoing a '0' into the ftraced_enabled file.
1276
1277 The updates are also done at the beginning of enabling a tracer
1278 that uses ftrace function recording.
1279
1280
1281 trace_pipe
1282 ----------
1283
1284 The trace_pipe outputs the same content as the trace file, but the effect
1285 on the tracing is different. Every read from trace_pipe is consumed.
1286 This means that subsequent reads will be different. The trace
1287 is live.
1288
1289  # echo ftrace > /debug/tracing/current_tracer
1290  # cat /debug/tracing/trace_pipe > /tmp/trace.out &
1291 [1] 4153
1292  # echo 1 > /debug/tracing/tracing_enabled
1293  # usleep 1
1294  # echo 0 > /debug/tracing/tracing_enabled
1295  # cat /debug/tracing/trace
1296 # tracer: ftrace
1297 #
1298 #           TASK-PID   CPU#    TIMESTAMP  FUNCTION
1299 #              | |      |          |         |
1300
1301  #
1302  # cat /tmp/trace.out
1303             bash-4043  [00] 41.267106: finish_task_switch <-schedule
1304             bash-4043  [00] 41.267106: hrtick_set <-schedule
1305             bash-4043  [00] 41.267107: hrtick_clear <-hrtick_set
1306             bash-4043  [00] 41.267108: wait_for_completion <-__stop_machine_run
1307             bash-4043  [00] 41.267108: wait_for_common <-wait_for_completion
1308             bash-4043  [00] 41.267109: kthread_stop <-stop_machine_run
1309             bash-4043  [00] 41.267109: init_waitqueue_head <-kthread_stop
1310             bash-4043  [00] 41.267110: wake_up_process <-kthread_stop
1311             bash-4043  [00] 41.267110: try_to_wake_up <-wake_up_process
1312             bash-4043  [00] 41.267111: select_task_rq_rt <-try_to_wake_up
1313
1314
1315 Note, reading the trace_pipe file will block until more input is added.
1316 By changing the tracer, trace_pipe will issue an EOF. We needed
1317 to set the ftrace tracer _before_ cating the trace_pipe file.
1318
1319
1320 trace entries
1321 -------------
1322
1323 Having too much or not enough data can be troublesome in diagnosing
1324 an issue in the kernel. The file trace_entries is used to modify
1325 the size of the internal trace buffers. The number listed
1326 is the number of entries that can be recorded per CPU. To know
1327 the full size, multiply the number of possible CPUS with the
1328 number of entries.
1329
1330  # cat /debug/tracing/trace_entries
1331 65620
1332
1333 Note, to modify this, you must have tracing completely disabled. To do that,
1334 echo "none" into the current_tracer. If the current_tracer is not set
1335 to "none", an EINVAL error will be returned.
1336
1337  # echo none > /debug/tracing/current_tracer
1338  # echo 100000 > /debug/tracing/trace_entries
1339  # cat /debug/tracing/trace_entries
1340 100045
1341
1342
1343 Notice that we echoed in 100,000 but the size is 100,045. The entries
1344 are held in individual pages. It allocates the number of pages it takes
1345 to fulfill the request. If more entries may fit on the last page
1346 then they will be added.
1347
1348  # echo 1 > /debug/tracing/trace_entries
1349  # cat /debug/tracing/trace_entries
1350 85
1351
1352 This shows us that 85 entries can fit in a single page.
1353
1354 The number of pages which will be allocated is limited to a percentage
1355 of available memory. Allocating too much will produce an error.
1356
1357  # echo 1000000000000 > /debug/tracing/trace_entries
1358 -bash: echo: write error: Cannot allocate memory
1359  # cat /debug/tracing/trace_entries
1360 85
1361