trace: add ability to do simple printf logging via systemtap
[qemu/ar7.git] / docs / devel / tracing.txt
blob056aa5649688219eeac7a862dc13889c813b0125
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 memory_region_ops_read >/tmp/events
19 3. Run the virtual machine to produce a trace file:
21     qemu --trace events=/tmp/events ... # your normal QEMU invocation
23 4. Pretty-print the binary trace file:
25     ./scripts/simpletrace.py trace-events-all trace-* # Override * with QEMU <pid>
27 == Trace events ==
29 === Sub-directory setup ===
31 Each directory in the source tree can declare a set of static trace events
32 in a local "trace-events" file. All directories which contain "trace-events"
33 files must be listed in the "trace-events-subdirs" make variable in the top
34 level Makefile.objs. During build, the "trace-events" file in each listed
35 subdirectory will be processed by the "tracetool" script to generate code for
36 the trace events.
38 The individual "trace-events" files are merged into a "trace-events-all" file,
39 which is also installed into "/usr/share/qemu" with the name "trace-events".
40 This merged file is to be used by the "simpletrace.py" script to later analyse
41 traces in the simpletrace data format.
43 In the sub-directory the following files will be automatically generated
45  - trace.c - the trace event state declarations
46  - trace.h - the trace event enums and probe functions
47  - trace-dtrace.h - DTrace event probe specification
48  - trace-dtrace.dtrace - DTrace event probe helper declaration
49  - trace-dtrace.o - binary DTrace provider (generated by dtrace)
50  - trace-ust.h - UST event probe helper declarations
52 Source files in the sub-directory should #include the local 'trace.h' file,
53 without any sub-directory path prefix. eg io/channel-buffer.c would do
55   #include "trace.h"
57 To access the 'io/trace.h' file. While it is possible to include a trace.h
58 file from outside a source files' own sub-directory, this is discouraged in
59 general. It is strongly preferred that all events be declared directly in
60 the sub-directory that uses them. The only exception is where there are some
61 shared trace events defined in the top level directory trace-events file.
62 The top level directory generates trace files with a filename prefix of
63 "trace-root" instead of just "trace". This is to avoid ambiguity between
64 a trace.h in the current directory, vs the top level directory.
66 === Using trace events ===
68 Trace events are invoked directly from source code like this:
70     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
71     
72     void *qemu_vmalloc(size_t size)
73     {
74         void *ptr;
75         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
76      
77         if (size < align) {
78             align = getpagesize();
79         }
80         ptr = qemu_memalign(align, size);
81         trace_qemu_vmalloc(size, ptr);
82         return ptr;
83     }
85 === Declaring trace events ===
87 The "tracetool" script produces the trace.h header file which is included by
88 every source file that uses trace events.  Since many source files include
89 trace.h, it uses a minimum of types and other header files included to keep the
90 namespace clean and compile times and dependencies down.
92 Trace events should use types as follows:
94  * Use stdint.h types for fixed-size types.  Most offsets and guest memory
95    addresses are best represented with uint32_t or uint64_t.  Use fixed-size
96    types over primitive types whose size may change depending on the host
97    (32-bit versus 64-bit) so trace events don't truncate values or break
98    the build.
100  * Use void * for pointers to structs or for arrays.  The trace.h header
101    cannot include all user-defined struct declarations and it is therefore
102    necessary to use void * for pointers to structs.
104  * For everything else, use primitive scalar types (char, int, long) with the
105    appropriate signedness.
107  * Avoid floating point types (float and double) because SystemTap does not
108    support them.  In most cases it is possible to round to an integer type
109    instead.  This may require scaling the value first by multiplying it by 1000
110    or the like when digits after the decimal point need to be preserved.
112 Format strings should reflect the types defined in the trace event.  Take
113 special care to use PRId64 and PRIu64 for int64_t and uint64_t types,
114 respectively.  This ensures portability between 32- and 64-bit platforms.
116 Each event declaration will start with the event name, then its arguments,
117 finally a format string for pretty-printing. For example:
119     qemu_vmalloc(size_t size, void *ptr) "size %zu ptr %p"
120     qemu_vfree(void *ptr) "ptr %p"
123 === Hints for adding new trace events ===
125 1. Trace state changes in the code.  Interesting points in the code usually
126    involve a state change like starting, stopping, allocating, freeing.  State
127    changes are good trace events because they can be used to understand the
128    execution of the system.
130 2. Trace guest operations.  Guest I/O accesses like reading device registers
131    are good trace events because they can be used to understand guest
132    interactions.
134 3. Use correlator fields so the context of an individual line of trace output
135    can be understood.  For example, trace the pointer returned by malloc and
136    used as an argument to free.  This way mallocs and frees can be matched up.
137    Trace events with no context are not very useful.
139 4. Name trace events after their function.  If there are multiple trace events
140    in one function, append a unique distinguisher at the end of the name.
142 == Generic interface and monitor commands ==
144 You can programmatically query and control the state of trace events through a
145 backend-agnostic interface provided by the header "trace/control.h".
147 Note that some of the backends do not provide an implementation for some parts
148 of this interface, in which case QEMU will just print a warning (please refer to
149 header "trace/control.h" to see which routines are backend-dependent).
151 The state of events can also be queried and modified through monitor commands:
153 * info trace-events
154   View available trace events and their state.  State 1 means enabled, state 0
155   means disabled.
157 * trace-event NAME on|off
158   Enable/disable a given trace event or a group of events (using wildcards).
160 The "--trace events=<file>" command line argument can be used to enable the
161 events listed in <file> from the very beginning of the program. This file must
162 contain one event name per line.
164 If a line in the "--trace events=<file>" file begins with a '-', the trace event
165 will be disabled instead of enabled.  This is useful when a wildcard was used
166 to enable an entire family of events but one noisy event needs to be disabled.
168 Wildcard matching is supported in both the monitor command "trace-event" and the
169 events list file. That means you can enable/disable the events having a common
170 prefix in a batch. For example, virtio-blk trace events could be enabled using
171 the following monitor command:
173     trace-event virtio_blk_* on
175 == Trace backends ==
177 The "tracetool" script automates tedious trace event code generation and also
178 keeps the trace event declarations independent of the trace backend.  The trace
179 events are not tightly coupled to a specific trace backend, such as LTTng or
180 SystemTap.  Support for trace backends can be added by extending the "tracetool"
181 script.
183 The trace backends are chosen at configure time:
185     ./configure --enable-trace-backends=simple
187 For a list of supported trace backends, try ./configure --help or see below.
188 If multiple backends are enabled, the trace is sent to them all.
190 If no backends are explicitly selected, configure will default to the
191 "log" backend.
193 The following subsections describe the supported trace backends.
195 === Nop ===
197 The "nop" backend generates empty trace event functions so that the compiler
198 can optimize out trace events completely.  This imposes no performance
199 penalty.
201 Note that regardless of the selected trace backend, events with the "disable"
202 property will be generated with the "nop" backend.
204 === Log ===
206 The "log" backend sends trace events directly to standard error.  This
207 effectively turns trace events into debug printfs.
209 This is the simplest backend and can be used together with existing code that
210 uses DPRINTF().
212 === Simpletrace ===
214 The "simple" backend supports common use cases and comes as part of the QEMU
215 source tree.  It may not be as powerful as platform-specific or third-party
216 trace backends but it is portable.  This is the recommended trace backend
217 unless you have specific needs for more advanced backends.
219 === Ftrace ===
221 The "ftrace" backend writes trace data to ftrace marker. This effectively
222 sends trace events to ftrace ring buffer, and you can compare qemu trace
223 data and kernel(especially kvm.ko when using KVM) trace data.
225 if you use KVM, enable kvm events in ftrace:
227    # echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kvm/enable
229 After running qemu by root user, you can get the trace:
231    # cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
233 Restriction: "ftrace" backend is restricted to Linux only.
235 === Syslog ===
237 The "syslog" backend sends trace events using the POSIX syslog API. The log
238 is opened specifying the LOG_DAEMON facility and LOG_PID option (so events
239 are tagged with the pid of the particular QEMU process that generated
240 them). All events are logged at LOG_INFO level.
242 NOTE: syslog may squash duplicate consecutive trace events and apply rate
243       limiting.
245 Restriction: "syslog" backend is restricted to POSIX compliant OS.
247 ==== Monitor commands ====
249 * trace-file on|off|flush|set <path>
250   Enable/disable/flush the trace file or set the trace file name.
252 ==== Analyzing trace files ====
254 The "simple" backend produces binary trace files that can be formatted with the
255 simpletrace.py script.  The script takes the "trace-events-all" file and the
256 binary trace:
258     ./scripts/simpletrace.py trace-events-all trace-12345
260 You must ensure that the same "trace-events-all" file was used to build QEMU,
261 otherwise trace event declarations may have changed and output will not be
262 consistent.
264 === LTTng Userspace Tracer ===
266 The "ust" backend uses the LTTng Userspace Tracer library.  There are no
267 monitor commands built into QEMU, instead UST utilities should be used to list,
268 enable/disable, and dump traces.
270 Package lttng-tools is required for userspace tracing. You must ensure that the
271 current user belongs to the "tracing" group, or manually launch the
272 lttng-sessiond daemon for the current user prior to running any instance of
273 QEMU.
275 While running an instrumented QEMU, LTTng should be able to list all available
276 events:
278     lttng list -u
280 Create tracing session:
282     lttng create mysession
284 Enable events:
286     lttng enable-event qemu:g_malloc -u
288 Where the events can either be a comma-separated list of events, or "-a" to
289 enable all tracepoint events. Start and stop tracing as needed:
291     lttng start
292     lttng stop
294 View the trace:
296     lttng view
298 Destroy tracing session:
300     lttng destroy
302 Babeltrace can be used at any later time to view the trace:
304     babeltrace $HOME/lttng-traces/mysession-<date>-<time>
306 === SystemTap ===
308 The "dtrace" backend uses DTrace sdt probes but has only been tested with
309 SystemTap.  When SystemTap support is detected a .stp file with wrapper probes
310 is generated to make use in scripts more convenient.  This step can also be
311 performed manually after a build in order to change the binary name in the .stp
312 probes:
314     scripts/tracetool.py --backends=dtrace --format=stap \
315                          --binary path/to/qemu-binary \
316                          --target-type system \
317                          --target-name x86_64 \
318                          <trace-events-all >qemu.stp
320 To facilitate simple usage of systemtap where there merely needs to be printf
321 logging of certain probes, a helper script "qemu-trace-stap" is provided.
322 Consult its manual page for guidance on its usage.
324 == Trace event properties ==
326 Each event in the "trace-events-all" file can be prefixed with a space-separated
327 list of zero or more of the following event properties.
329 === "disable" ===
331 If a specific trace event is going to be invoked a huge number of times, this
332 might have a noticeable performance impact even when the event is
333 programmatically disabled.
335 In this case you should declare such event with the "disable" property. This
336 will effectively disable the event at compile time (by using the "nop" backend),
337 thus having no performance impact at all on regular builds (i.e., unless you
338 edit the "trace-events-all" file).
340 In addition, there might be cases where relatively complex computations must be
341 performed to generate values that are only used as arguments for a trace
342 function. In these cases you can use the macro 'TRACE_${EVENT_NAME}_ENABLED' to
343 guard such computations and avoid its compilation when the event is disabled:
345     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
346     
347     void *qemu_vmalloc(size_t size)
348     {
349         void *ptr;
350         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
351     
352         if (size < align) {
353             align = getpagesize();
354         }
355         ptr = qemu_memalign(align, size);
356         if (TRACE_QEMU_VMALLOC_ENABLED) { /* preprocessor macro */
357             void *complex;
358             /* some complex computations to produce the 'complex' value */
359             trace_qemu_vmalloc(size, ptr, complex);
360         }
361         return ptr;
362     }
364 You can check both if the event has been disabled and is dynamically enabled at
365 the same time using the 'trace_event_get_state_backends' routine (see header
366 "trace/control.h" for more information).
368 === "tcg" ===
370 Guest code generated by TCG can be traced by defining an event with the "tcg"
371 event property. Internally, this property generates two events:
372 "<eventname>_trans" to trace the event at translation time, and
373 "<eventname>_exec" to trace the event at execution time.
375 Instead of using these two events, you should instead use the function
376 "trace_<eventname>_tcg" during translation (TCG code generation). This function
377 will automatically call "trace_<eventname>_trans", and will generate the
378 necessary TCG code to call "trace_<eventname>_exec" during guest code execution.
380 Events with the "tcg" property can be declared in the "trace-events" file with a
381 mix of native and TCG types, and "trace_<eventname>_tcg" will gracefully forward
382 them to the "<eventname>_trans" and "<eventname>_exec" events. Since TCG values
383 are not known at translation time, these are ignored by the "<eventname>_trans"
384 event. Because of this, the entry in the "trace-events" file needs two printing
385 formats (separated by a comma):
387     tcg foo(uint8_t a1, TCGv_i32 a2) "a1=%d", "a1=%d a2=%d"
389 For example:
391     #include "trace-tcg.h"
392     
393     void some_disassembly_func (...)
394     {
395         uint8_t a1 = ...;
396         TCGv_i32 a2 = ...;
397         trace_foo_tcg(a1, a2);
398     }
400 This will immediately call:
402     void trace_foo_trans(uint8_t a1);
404 and will generate the TCG code to call:
406     void trace_foo(uint8_t a1, uint32_t a2);
408 === "vcpu" ===
410 Identifies events that trace vCPU-specific information. It implicitly adds a
411 "CPUState*" argument, and extends the tracing print format to show the vCPU
412 information. If used together with the "tcg" property, it adds a second
413 "TCGv_env" argument that must point to the per-target global TCG register that
414 points to the vCPU when guest code is executed (usually the "cpu_env" variable).
416 The "tcg" and "vcpu" properties are currently only honored in the root
417 ./trace-events file.
419 The following example events:
421     foo(uint32_t a) "a=%x"
422     vcpu bar(uint32_t a) "a=%x"
423     tcg vcpu baz(uint32_t a) "a=%x", "a=%x"
425 Can be used as:
427     #include "trace-tcg.h"
428     
429     CPUArchState *env;
430     TCGv_ptr cpu_env;
431     
432     void some_disassembly_func(...)
433     {
434         /* trace emitted at this point */
435         trace_foo(0xd1);
436         /* trace emitted at this point */
437         trace_bar(ENV_GET_CPU(env), 0xd2);
438         /* trace emitted at this point (env) and when guest code is executed (cpu_env) */
439         trace_baz_tcg(ENV_GET_CPU(env), cpu_env, 0xd3);
440     }
442 If the translating vCPU has address 0xc1 and code is later executed by vCPU
443 0xc2, this would be an example output:
445     // at guest code translation
446     foo a=0xd1
447     bar cpu=0xc1 a=0xd2
448     baz_trans cpu=0xc1 a=0xd3
449     // at guest code execution
450     baz_exec cpu=0xc2 a=0xd3