hw/misc/iotkit-sysctl: Implement dummy version of SSE-300 PWRCTRL register
[qemu/ar7.git] / docs / devel / tracing.rst
blobba83954899d7581ac8d7c2fb0119e966d9672831
1 =======
2 Tracing
3 =======
5 Introduction
6 ============
8 This document describes the tracing infrastructure in QEMU and how to use it
9 for debugging, profiling, and observing execution.
11 Quickstart
12 ==========
14 Enable tracing of ``memory_region_ops_read`` and ``memory_region_ops_write``
15 events::
17     $ qemu --trace "memory_region_ops_*" ...
18     ...
19     719585@1608130130.441188:memory_region_ops_read cpu 0 mr 0x562fdfbb3820 addr 0x3cc value 0x67 size 1
20     719585@1608130130.441190:memory_region_ops_write cpu 0 mr 0x562fdfbd2f00 addr 0x3d4 value 0x70e size 2
22 This output comes from the "log" trace backend that is enabled by default when
23 ``./configure --enable-trace-backends=BACKENDS`` was not explicitly specified.
25 Multiple patterns can be specified by repeating the ``--trace`` option::
27     $ qemu --trace "kvm_*" --trace "virtio_*" ...
29 When patterns are used frequently it is more convenient to store them in a
30 file to avoid long command-line options::
32     $ echo "memory_region_ops_*" >/tmp/events
33     $ echo "kvm_*" >>/tmp/events
34     $ qemu --trace events=/tmp/events ...
36 Trace events
37 ============
39 Sub-directory setup
40 -------------------
42 Each directory in the source tree can declare a set of trace events in a local
43 "trace-events" file. All directories which contain "trace-events" files must be
44 listed in the "trace_events_subdirs" variable in the top level meson.build
45 file. During build, the "trace-events" file in each listed subdirectory will be
46 processed by the "tracetool" script to generate code for the trace events.
48 The individual "trace-events" files are merged into a "trace-events-all" file,
49 which is also installed into "/usr/share/qemu" with the name "trace-events".
50 This merged file is to be used by the "simpletrace.py" script to later analyse
51 traces in the simpletrace data format.
53 The following files are automatically generated in <builddir>/trace/ during the
54 build:
56  - trace-<subdir>.c - the trace event state declarations
57  - trace-<subdir>.h - the trace event enums and probe functions
58  - trace-dtrace-<subdir>.h - DTrace event probe specification
59  - trace-dtrace-<subdir>.dtrace - DTrace event probe helper declaration
60  - trace-dtrace-<subdir>.o - binary DTrace provider (generated by dtrace)
61  - trace-ust-<subdir>.h - UST event probe helper declarations
63 Here <subdir> is the sub-directory path with '/' replaced by '_'. For example,
64 "accel/kvm" becomes "accel_kvm" and the final filename for "trace-<subdir>.c"
65 becomes "trace-accel_kvm.c".
67 Source files in the source tree do not directly include generated files in
68 "<builddir>/trace/". Instead they #include the local "trace.h" file, without
69 any sub-directory path prefix. eg io/channel-buffer.c would do::
71   #include "trace.h"
73 The "io/trace.h" file must be created manually with an #include of the
74 corresponding "trace/trace-<subdir>.h" file that will be generated in the
75 builddir::
77   $ echo '#include "trace/trace-io.h"' >io/trace.h
79 While it is possible to include a trace.h file from outside a source file's own
80 sub-directory, this is discouraged in general. It is strongly preferred that
81 all events be declared directly in the sub-directory that uses them. The only
82 exception is where there are some shared trace events defined in the top level
83 directory trace-events file.  The top level directory generates trace files
84 with a filename prefix of "trace/trace-root" instead of just "trace". This is
85 to avoid ambiguity between a trace.h in the current directory, vs the top level
86 directory.
88 Using trace events
89 ------------------
91 Trace events are invoked directly from source code like this::
93     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
94     
95     void *qemu_vmalloc(size_t size)
96     {
97         void *ptr;
98         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
99      
100         if (size < align) {
101             align = getpagesize();
102         }
103         ptr = qemu_memalign(align, size);
104         trace_qemu_vmalloc(size, ptr);
105         return ptr;
106     }
108 Declaring trace events
109 ----------------------
111 The "tracetool" script produces the trace.h header file which is included by
112 every source file that uses trace events.  Since many source files include
113 trace.h, it uses a minimum of types and other header files included to keep the
114 namespace clean and compile times and dependencies down.
116 Trace events should use types as follows:
118  * Use stdint.h types for fixed-size types.  Most offsets and guest memory
119    addresses are best represented with uint32_t or uint64_t.  Use fixed-size
120    types over primitive types whose size may change depending on the host
121    (32-bit versus 64-bit) so trace events don't truncate values or break
122    the build.
124  * Use void * for pointers to structs or for arrays.  The trace.h header
125    cannot include all user-defined struct declarations and it is therefore
126    necessary to use void * for pointers to structs.
128  * For everything else, use primitive scalar types (char, int, long) with the
129    appropriate signedness.
131  * Avoid floating point types (float and double) because SystemTap does not
132    support them.  In most cases it is possible to round to an integer type
133    instead.  This may require scaling the value first by multiplying it by 1000
134    or the like when digits after the decimal point need to be preserved.
136 Format strings should reflect the types defined in the trace event.  Take
137 special care to use PRId64 and PRIu64 for int64_t and uint64_t types,
138 respectively.  This ensures portability between 32- and 64-bit platforms.
139 Format strings must not end with a newline character.  It is the responsibility
140 of backends to adapt line ending for proper logging.
142 Each event declaration will start with the event name, then its arguments,
143 finally a format string for pretty-printing. For example::
145     qemu_vmalloc(size_t size, void *ptr) "size %zu ptr %p"
146     qemu_vfree(void *ptr) "ptr %p"
149 Hints for adding new trace events
150 ---------------------------------
152 1. Trace state changes in the code.  Interesting points in the code usually
153    involve a state change like starting, stopping, allocating, freeing.  State
154    changes are good trace events because they can be used to understand the
155    execution of the system.
157 2. Trace guest operations.  Guest I/O accesses like reading device registers
158    are good trace events because they can be used to understand guest
159    interactions.
161 3. Use correlator fields so the context of an individual line of trace output
162    can be understood.  For example, trace the pointer returned by malloc and
163    used as an argument to free.  This way mallocs and frees can be matched up.
164    Trace events with no context are not very useful.
166 4. Name trace events after their function.  If there are multiple trace events
167    in one function, append a unique distinguisher at the end of the name.
169 Generic interface and monitor commands
170 ======================================
172 You can programmatically query and control the state of trace events through a
173 backend-agnostic interface provided by the header "trace/control.h".
175 Note that some of the backends do not provide an implementation for some parts
176 of this interface, in which case QEMU will just print a warning (please refer to
177 header "trace/control.h" to see which routines are backend-dependent).
179 The state of events can also be queried and modified through monitor commands:
181 * ``info trace-events``
182   View available trace events and their state.  State 1 means enabled, state 0
183   means disabled.
185 * ``trace-event NAME on|off``
186   Enable/disable a given trace event or a group of events (using wildcards).
188 The "--trace events=<file>" command line argument can be used to enable the
189 events listed in <file> from the very beginning of the program. This file must
190 contain one event name per line.
192 If a line in the "--trace events=<file>" file begins with a '-', the trace event
193 will be disabled instead of enabled.  This is useful when a wildcard was used
194 to enable an entire family of events but one noisy event needs to be disabled.
196 Wildcard matching is supported in both the monitor command "trace-event" and the
197 events list file. That means you can enable/disable the events having a common
198 prefix in a batch. For example, virtio-blk trace events could be enabled using
199 the following monitor command::
201     trace-event virtio_blk_* on
203 Trace backends
204 ==============
206 The "tracetool" script automates tedious trace event code generation and also
207 keeps the trace event declarations independent of the trace backend.  The trace
208 events are not tightly coupled to a specific trace backend, such as LTTng or
209 SystemTap.  Support for trace backends can be added by extending the "tracetool"
210 script.
212 The trace backends are chosen at configure time::
214     ./configure --enable-trace-backends=simple,dtrace
216 For a list of supported trace backends, try ./configure --help or see below.
217 If multiple backends are enabled, the trace is sent to them all.
219 If no backends are explicitly selected, configure will default to the
220 "log" backend.
222 The following subsections describe the supported trace backends.
227 The "nop" backend generates empty trace event functions so that the compiler
228 can optimize out trace events completely.  This imposes no performance
229 penalty.
231 Note that regardless of the selected trace backend, events with the "disable"
232 property will be generated with the "nop" backend.
237 The "log" backend sends trace events directly to standard error.  This
238 effectively turns trace events into debug printfs.
240 This is the simplest backend and can be used together with existing code that
241 uses DPRINTF().
243 The -msg timestamp=on|off command-line option controls whether or not to print
244 the tid/timestamp prefix for each trace event.
246 Simpletrace
247 -----------
249 The "simple" backend writes binary trace logs to a file from a thread, making
250 it lower overhead than the "log" backend. A Python API is available for writing
251 offline trace file analysis scripts. It may not be as powerful as
252 platform-specific or third-party trace backends but it is portable and has no
253 special library dependencies.
255 Monitor commands
256 ~~~~~~~~~~~~~~~~
258 * ``trace-file on|off|flush|set <path>``
259   Enable/disable/flush the trace file or set the trace file name.
261 Analyzing trace files
262 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
264 The "simple" backend produces binary trace files that can be formatted with the
265 simpletrace.py script.  The script takes the "trace-events-all" file and the
266 binary trace::
268     ./scripts/simpletrace.py trace-events-all trace-12345
270 You must ensure that the same "trace-events-all" file was used to build QEMU,
271 otherwise trace event declarations may have changed and output will not be
272 consistent.
274 Ftrace
275 ------
277 The "ftrace" backend writes trace data to ftrace marker. This effectively
278 sends trace events to ftrace ring buffer, and you can compare qemu trace
279 data and kernel(especially kvm.ko when using KVM) trace data.
281 if you use KVM, enable kvm events in ftrace::
283    # echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kvm/enable
285 After running qemu by root user, you can get the trace::
287    # cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
289 Restriction: "ftrace" backend is restricted to Linux only.
291 Syslog
292 ------
294 The "syslog" backend sends trace events using the POSIX syslog API. The log
295 is opened specifying the LOG_DAEMON facility and LOG_PID option (so events
296 are tagged with the pid of the particular QEMU process that generated
297 them). All events are logged at LOG_INFO level.
299 NOTE: syslog may squash duplicate consecutive trace events and apply rate
300       limiting.
302 Restriction: "syslog" backend is restricted to POSIX compliant OS.
304 LTTng Userspace Tracer
305 ----------------------
307 The "ust" backend uses the LTTng Userspace Tracer library.  There are no
308 monitor commands built into QEMU, instead UST utilities should be used to list,
309 enable/disable, and dump traces.
311 Package lttng-tools is required for userspace tracing. You must ensure that the
312 current user belongs to the "tracing" group, or manually launch the
313 lttng-sessiond daemon for the current user prior to running any instance of
314 QEMU.
316 While running an instrumented QEMU, LTTng should be able to list all available
317 events::
319     lttng list -u
321 Create tracing session::
323     lttng create mysession
325 Enable events::
327     lttng enable-event qemu:g_malloc -u
329 Where the events can either be a comma-separated list of events, or "-a" to
330 enable all tracepoint events. Start and stop tracing as needed::
332     lttng start
333     lttng stop
335 View the trace::
337     lttng view
339 Destroy tracing session::
341     lttng destroy
343 Babeltrace can be used at any later time to view the trace::
345     babeltrace $HOME/lttng-traces/mysession-<date>-<time>
347 SystemTap
348 ---------
350 The "dtrace" backend uses DTrace sdt probes but has only been tested with
351 SystemTap.  When SystemTap support is detected a .stp file with wrapper probes
352 is generated to make use in scripts more convenient.  This step can also be
353 performed manually after a build in order to change the binary name in the .stp
354 probes::
356     scripts/tracetool.py --backends=dtrace --format=stap \
357                          --binary path/to/qemu-binary \
358                          --target-type system \
359                          --target-name x86_64 \
360                          --group=all \
361                          trace-events-all \
362                          qemu.stp
364 To facilitate simple usage of systemtap where there merely needs to be printf
365 logging of certain probes, a helper script "qemu-trace-stap" is provided.
366 Consult its manual page for guidance on its usage.
368 Trace event properties
369 ======================
371 Each event in the "trace-events-all" file can be prefixed with a space-separated
372 list of zero or more of the following event properties.
374 "disable"
375 ---------
377 If a specific trace event is going to be invoked a huge number of times, this
378 might have a noticeable performance impact even when the event is
379 programmatically disabled.
381 In this case you should declare such event with the "disable" property. This
382 will effectively disable the event at compile time (by using the "nop" backend),
383 thus having no performance impact at all on regular builds (i.e., unless you
384 edit the "trace-events-all" file).
386 In addition, there might be cases where relatively complex computations must be
387 performed to generate values that are only used as arguments for a trace
388 function. In these cases you can use 'trace_event_get_state_backends()' to
389 guard such computations, so they are skipped if the event has been either
390 compile-time disabled or run-time disabled. If the event is compile-time
391 disabled, this check will have no performance impact.
395     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
396     
397     void *qemu_vmalloc(size_t size)
398     {
399         void *ptr;
400         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
401     
402         if (size < align) {
403             align = getpagesize();
404         }
405         ptr = qemu_memalign(align, size);
406         if (trace_event_get_state_backends(TRACE_QEMU_VMALLOC)) {
407             void *complex;
408             /* some complex computations to produce the 'complex' value */
409             trace_qemu_vmalloc(size, ptr, complex);
410         }
411         return ptr;
412     }
414 "tcg"
415 -----
417 Guest code generated by TCG can be traced by defining an event with the "tcg"
418 event property. Internally, this property generates two events:
419 "<eventname>_trans" to trace the event at translation time, and
420 "<eventname>_exec" to trace the event at execution time.
422 Instead of using these two events, you should instead use the function
423 "trace_<eventname>_tcg" during translation (TCG code generation). This function
424 will automatically call "trace_<eventname>_trans", and will generate the
425 necessary TCG code to call "trace_<eventname>_exec" during guest code execution.
427 Events with the "tcg" property can be declared in the "trace-events" file with a
428 mix of native and TCG types, and "trace_<eventname>_tcg" will gracefully forward
429 them to the "<eventname>_trans" and "<eventname>_exec" events. Since TCG values
430 are not known at translation time, these are ignored by the "<eventname>_trans"
431 event. Because of this, the entry in the "trace-events" file needs two printing
432 formats (separated by a comma)::
434     tcg foo(uint8_t a1, TCGv_i32 a2) "a1=%d", "a1=%d a2=%d"
436 For example::
438     #include "trace-tcg.h"
439     
440     void some_disassembly_func (...)
441     {
442         uint8_t a1 = ...;
443         TCGv_i32 a2 = ...;
444         trace_foo_tcg(a1, a2);
445     }
447 This will immediately call::
449     void trace_foo_trans(uint8_t a1);
451 and will generate the TCG code to call::
453     void trace_foo(uint8_t a1, uint32_t a2);
455 "vcpu"
456 ------
458 Identifies events that trace vCPU-specific information. It implicitly adds a
459 "CPUState*" argument, and extends the tracing print format to show the vCPU
460 information. If used together with the "tcg" property, it adds a second
461 "TCGv_env" argument that must point to the per-target global TCG register that
462 points to the vCPU when guest code is executed (usually the "cpu_env" variable).
464 The "tcg" and "vcpu" properties are currently only honored in the root
465 ./trace-events file.
467 The following example events::
469     foo(uint32_t a) "a=%x"
470     vcpu bar(uint32_t a) "a=%x"
471     tcg vcpu baz(uint32_t a) "a=%x", "a=%x"
473 Can be used as::
475     #include "trace-tcg.h"
476     
477     CPUArchState *env;
478     TCGv_ptr cpu_env;
479     
480     void some_disassembly_func(...)
481     {
482         /* trace emitted at this point */
483         trace_foo(0xd1);
484         /* trace emitted at this point */
485         trace_bar(env_cpu(env), 0xd2);
486         /* trace emitted at this point (env) and when guest code is executed (cpu_env) */
487         trace_baz_tcg(env_cpu(env), cpu_env, 0xd3);
488     }
490 If the translating vCPU has address 0xc1 and code is later executed by vCPU
491 0xc2, this would be an example output::
493     // at guest code translation
494     foo a=0xd1
495     bar cpu=0xc1 a=0xd2
496     baz_trans cpu=0xc1 a=0xd3
497     // at guest code execution
498     baz_exec cpu=0xc2 a=0xd3