Merge remote-tracking branch 'remotes/kraxel/tags/pull-input-20160928-1' into staging
[qemu/kevin.git] / docs / tracing.txt
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1 = Tracing =
3 == Introduction ==
5 This document describes the tracing infrastructure in QEMU and how to use it
6 for debugging, profiling, and observing execution.
8 == Quickstart ==
10 1. Build with the 'simple' trace backend:
12     ./configure --enable-trace-backends=simple
13     make
15 2. Create a file with the events you want to trace:
17    echo bdrv_aio_readv   > /tmp/events
18    echo bdrv_aio_writev >> /tmp/events
20 3. Run the virtual machine to produce a trace file:
22     qemu -trace events=/tmp/events ... # your normal QEMU invocation
24 4. Pretty-print the binary trace file:
26     ./scripts/simpletrace.py trace-events-all trace-* # Override * with QEMU <pid>
28 == Trace events ==
30 Each directory in the source tree can declare a set of static trace events
31 in a "trace-events" file. Each trace event declaration names the event, its
32 arguments, and the format string which can be used for pretty-printing:
34     qemu_vmalloc(size_t size, void *ptr) "size %zu ptr %p"
35     qemu_vfree(void *ptr) "ptr %p"
37 All "trace-events" files must be listed in the "trace-event-y" make variable
38 in the top level Makefile.objs. During build the individual files are combined
39 to create a "trace-events-all" file, which is processed by the "tracetool"
40 script during build to generate code for the trace events. The
41 "trace-events-all" file is also installed into "/usr/share/qemu".
43 Trace events are invoked directly from source code like this:
45     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
46     
47     void *qemu_vmalloc(size_t size)
48     {
49         void *ptr;
50         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
51      
52         if (size < align) {
53             align = getpagesize();
54         }
55         ptr = qemu_memalign(align, size);
56         trace_qemu_vmalloc(size, ptr);
57         return ptr;
58     }
60 === Declaring trace events ===
62 The "tracetool" script produces the trace.h header file which is included by
63 every source file that uses trace events.  Since many source files include
64 trace.h, it uses a minimum of types and other header files included to keep the
65 namespace clean and compile times and dependencies down.
67 Trace events should use types as follows:
69  * Use stdint.h types for fixed-size types.  Most offsets and guest memory
70    addresses are best represented with uint32_t or uint64_t.  Use fixed-size
71    types over primitive types whose size may change depending on the host
72    (32-bit versus 64-bit) so trace events don't truncate values or break
73    the build.
75  * Use void * for pointers to structs or for arrays.  The trace.h header
76    cannot include all user-defined struct declarations and it is therefore
77    necessary to use void * for pointers to structs.
79  * For everything else, use primitive scalar types (char, int, long) with the
80    appropriate signedness.
82 Format strings should reflect the types defined in the trace event.  Take
83 special care to use PRId64 and PRIu64 for int64_t and uint64_t types,
84 respectively.  This ensures portability between 32- and 64-bit platforms.
86 === Hints for adding new trace events ===
88 1. Trace state changes in the code.  Interesting points in the code usually
89    involve a state change like starting, stopping, allocating, freeing.  State
90    changes are good trace events because they can be used to understand the
91    execution of the system.
93 2. Trace guest operations.  Guest I/O accesses like reading device registers
94    are good trace events because they can be used to understand guest
95    interactions.
97 3. Use correlator fields so the context of an individual line of trace output
98    can be understood.  For example, trace the pointer returned by malloc and
99    used as an argument to free.  This way mallocs and frees can be matched up.
100    Trace events with no context are not very useful.
102 4. Name trace events after their function.  If there are multiple trace events
103    in one function, append a unique distinguisher at the end of the name.
105 == Generic interface and monitor commands ==
107 You can programmatically query and control the state of trace events through a
108 backend-agnostic interface provided by the header "trace/control.h".
110 Note that some of the backends do not provide an implementation for some parts
111 of this interface, in which case QEMU will just print a warning (please refer to
112 header "trace/control.h" to see which routines are backend-dependent).
114 The state of events can also be queried and modified through monitor commands:
116 * info trace-events
117   View available trace events and their state.  State 1 means enabled, state 0
118   means disabled.
120 * trace-event NAME on|off
121   Enable/disable a given trace event or a group of events (using wildcards).
123 The "-trace events=<file>" command line argument can be used to enable the
124 events listed in <file> from the very beginning of the program. This file must
125 contain one event name per line.
127 If a line in the "-trace events=<file>" file begins with a '-', the trace event
128 will be disabled instead of enabled.  This is useful when a wildcard was used
129 to enable an entire family of events but one noisy event needs to be disabled.
131 Wildcard matching is supported in both the monitor command "trace-event" and the
132 events list file. That means you can enable/disable the events having a common
133 prefix in a batch. For example, virtio-blk trace events could be enabled using
134 the following monitor command:
136     trace-event virtio_blk_* on
138 == Trace backends ==
140 The "tracetool" script automates tedious trace event code generation and also
141 keeps the trace event declarations independent of the trace backend.  The trace
142 events are not tightly coupled to a specific trace backend, such as LTTng or
143 SystemTap.  Support for trace backends can be added by extending the "tracetool"
144 script.
146 The trace backends are chosen at configure time:
148     ./configure --enable-trace-backends=simple
150 For a list of supported trace backends, try ./configure --help or see below.
151 If multiple backends are enabled, the trace is sent to them all.
153 The following subsections describe the supported trace backends.
155 === Nop ===
157 The "nop" backend generates empty trace event functions so that the compiler
158 can optimize out trace events completely.  This is the default and imposes no
159 performance penalty.
161 Note that regardless of the selected trace backend, events with the "disable"
162 property will be generated with the "nop" backend.
164 === Log ===
166 The "log" backend sends trace events directly to standard error.  This
167 effectively turns trace events into debug printfs.
169 This is the simplest backend and can be used together with existing code that
170 uses DPRINTF().
172 === Simpletrace ===
174 The "simple" backend supports common use cases and comes as part of the QEMU
175 source tree.  It may not be as powerful as platform-specific or third-party
176 trace backends but it is portable.  This is the recommended trace backend
177 unless you have specific needs for more advanced backends.
179 === Ftrace ===
181 The "ftrace" backend writes trace data to ftrace marker. This effectively
182 sends trace events to ftrace ring buffer, and you can compare qemu trace
183 data and kernel(especially kvm.ko when using KVM) trace data.
185 if you use KVM, enable kvm events in ftrace:
187    # echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kvm/enable
189 After running qemu by root user, you can get the trace:
191    # cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
193 Restriction: "ftrace" backend is restricted to Linux only.
195 === Syslog ===
197 The "syslog" backend sends trace events using the POSIX syslog API. The log
198 is opened specifying the LOG_DAEMON facility and LOG_PID option (so events
199 are tagged with the pid of the particular QEMU process that generated
200 them). All events are logged at LOG_INFO level.
202 NOTE: syslog may squash duplicate consecutive trace events and apply rate
203       limiting.
205 Restriction: "syslog" backend is restricted to POSIX compliant OS.
207 ==== Monitor commands ====
209 * trace-file on|off|flush|set <path>
210   Enable/disable/flush the trace file or set the trace file name.
212 ==== Analyzing trace files ====
214 The "simple" backend produces binary trace files that can be formatted with the
215 simpletrace.py script.  The script takes the "trace-events-all" file and the
216 binary trace:
218     ./scripts/simpletrace.py trace-events-all trace-12345
220 You must ensure that the same "trace-events-all" file was used to build QEMU,
221 otherwise trace event declarations may have changed and output will not be
222 consistent.
224 === LTTng Userspace Tracer ===
226 The "ust" backend uses the LTTng Userspace Tracer library.  There are no
227 monitor commands built into QEMU, instead UST utilities should be used to list,
228 enable/disable, and dump traces.
230 Package lttng-tools is required for userspace tracing. You must ensure that the
231 current user belongs to the "tracing" group, or manually launch the
232 lttng-sessiond daemon for the current user prior to running any instance of
233 QEMU.
235 While running an instrumented QEMU, LTTng should be able to list all available
236 events:
238     lttng list -u
240 Create tracing session:
242     lttng create mysession
244 Enable events:
246     lttng enable-event qemu:g_malloc -u
248 Where the events can either be a comma-separated list of events, or "-a" to
249 enable all tracepoint events. Start and stop tracing as needed:
251     lttng start
252     lttng stop
254 View the trace:
256     lttng view
258 Destroy tracing session:
260     lttng destroy
262 Babeltrace can be used at any later time to view the trace:
264     babeltrace $HOME/lttng-traces/mysession-<date>-<time>
266 === SystemTap ===
268 The "dtrace" backend uses DTrace sdt probes but has only been tested with
269 SystemTap.  When SystemTap support is detected a .stp file with wrapper probes
270 is generated to make use in scripts more convenient.  This step can also be
271 performed manually after a build in order to change the binary name in the .stp
272 probes:
274     scripts/tracetool.py --backends=dtrace --format=stap \
275                          --binary path/to/qemu-binary \
276                          --target-type system \
277                          --target-name x86_64 \
278                          <trace-events-all >qemu.stp
280 == Trace event properties ==
282 Each event in the "trace-events-all" file can be prefixed with a space-separated
283 list of zero or more of the following event properties.
285 === "disable" ===
287 If a specific trace event is going to be invoked a huge number of times, this
288 might have a noticeable performance impact even when the event is
289 programmatically disabled.
291 In this case you should declare such event with the "disable" property. This
292 will effectively disable the event at compile time (by using the "nop" backend),
293 thus having no performance impact at all on regular builds (i.e., unless you
294 edit the "trace-events-all" file).
296 In addition, there might be cases where relatively complex computations must be
297 performed to generate values that are only used as arguments for a trace
298 function. In these cases you can use the macro 'TRACE_${EVENT_NAME}_ENABLED' to
299 guard such computations and avoid its compilation when the event is disabled:
301     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
302     
303     void *qemu_vmalloc(size_t size)
304     {
305         void *ptr;
306         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
307     
308         if (size < align) {
309             align = getpagesize();
310         }
311         ptr = qemu_memalign(align, size);
312         if (TRACE_QEMU_VMALLOC_ENABLED) { /* preprocessor macro */
313             void *complex;
314             /* some complex computations to produce the 'complex' value */
315             trace_qemu_vmalloc(size, ptr, complex);
316         }
317         return ptr;
318     }
320 You can check both if the event has been disabled and is dynamically enabled at
321 the same time using the 'trace_event_get_state' routine (see header
322 "trace/control.h" for more information).
324 === "tcg" ===
326 Guest code generated by TCG can be traced by defining an event with the "tcg"
327 event property. Internally, this property generates two events:
328 "<eventname>_trans" to trace the event at translation time, and
329 "<eventname>_exec" to trace the event at execution time.
331 Instead of using these two events, you should instead use the function
332 "trace_<eventname>_tcg" during translation (TCG code generation). This function
333 will automatically call "trace_<eventname>_trans", and will generate the
334 necessary TCG code to call "trace_<eventname>_exec" during guest code execution.
336 Events with the "tcg" property can be declared in the "trace-events" file with a
337 mix of native and TCG types, and "trace_<eventname>_tcg" will gracefully forward
338 them to the "<eventname>_trans" and "<eventname>_exec" events. Since TCG values
339 are not known at translation time, these are ignored by the "<eventname>_trans"
340 event. Because of this, the entry in the "trace-events" file needs two printing
341 formats (separated by a comma):
343     tcg foo(uint8_t a1, TCGv_i32 a2) "a1=%d", "a1=%d a2=%d"
345 For example:
347     #include "trace-tcg.h"
348     
349     void some_disassembly_func (...)
350     {
351         uint8_t a1 = ...;
352         TCGv_i32 a2 = ...;
353         trace_foo_tcg(a1, a2);
354     }
356 This will immediately call:
358     void trace_foo_trans(uint8_t a1);
360 and will generate the TCG code to call:
362     void trace_foo(uint8_t a1, uint32_t a2);
364 === "vcpu" ===
366 Identifies events that trace vCPU-specific information. It implicitly adds a
367 "CPUState*" argument, and extends the tracing print format to show the vCPU
368 information. If used together with the "tcg" property, it adds a second
369 "TCGv_env" argument that must point to the per-target global TCG register that
370 points to the vCPU when guest code is executed (usually the "cpu_env" variable).
372 The following example events:
374     foo(uint32_t a) "a=%x"
375     vcpu bar(uint32_t a) "a=%x"
376     tcg vcpu baz(uint32_t a) "a=%x", "a=%x"
378 Can be used as:
380     #include "trace-tcg.h"
381     
382     CPUArchState *env;
383     TCGv_ptr cpu_env;
384     
385     void some_disassembly_func(...)
386     {
387         /* trace emitted at this point */
388         trace_foo(0xd1);
389         /* trace emitted at this point */
390         trace_bar(ENV_GET_CPU(env), 0xd2);
391         /* trace emitted at this point (env) and when guest code is executed (cpu_env) */
392         trace_baz_tcg(ENV_GET_CPU(env), cpu_env, 0xd3);
393     }
395 If the translating vCPU has address 0xc1 and code is later executed by vCPU
396 0xc2, this would be an example output:
398     // at guest code translation
399     foo a=0xd1
400     bar cpu=0xc1 a=0xd2
401     baz_trans cpu=0xc1 a=0xd3
402     // at guest code execution
403     baz_exec cpu=0xc2 a=0xd3