mips: r4k: replace cpu_model with cpu_type
[qemu/kevin.git] / docs / devel / 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 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 Format strings should reflect the types defined in the trace event.  Take
108 special care to use PRId64 and PRIu64 for int64_t and uint64_t types,
109 respectively.  This ensures portability between 32- and 64-bit platforms.
111 Each event declaration will start with the event name, then its arguments,
112 finally a format string for pretty-printing. For example:
114     qemu_vmalloc(size_t size, void *ptr) "size %zu ptr %p"
115     qemu_vfree(void *ptr) "ptr %p"
118 === Hints for adding new trace events ===
120 1. Trace state changes in the code.  Interesting points in the code usually
121    involve a state change like starting, stopping, allocating, freeing.  State
122    changes are good trace events because they can be used to understand the
123    execution of the system.
125 2. Trace guest operations.  Guest I/O accesses like reading device registers
126    are good trace events because they can be used to understand guest
127    interactions.
129 3. Use correlator fields so the context of an individual line of trace output
130    can be understood.  For example, trace the pointer returned by malloc and
131    used as an argument to free.  This way mallocs and frees can be matched up.
132    Trace events with no context are not very useful.
134 4. Name trace events after their function.  If there are multiple trace events
135    in one function, append a unique distinguisher at the end of the name.
137 == Generic interface and monitor commands ==
139 You can programmatically query and control the state of trace events through a
140 backend-agnostic interface provided by the header "trace/control.h".
142 Note that some of the backends do not provide an implementation for some parts
143 of this interface, in which case QEMU will just print a warning (please refer to
144 header "trace/control.h" to see which routines are backend-dependent).
146 The state of events can also be queried and modified through monitor commands:
148 * info trace-events
149   View available trace events and their state.  State 1 means enabled, state 0
150   means disabled.
152 * trace-event NAME on|off
153   Enable/disable a given trace event or a group of events (using wildcards).
155 The "-trace events=<file>" command line argument can be used to enable the
156 events listed in <file> from the very beginning of the program. This file must
157 contain one event name per line.
159 If a line in the "-trace events=<file>" file begins with a '-', the trace event
160 will be disabled instead of enabled.  This is useful when a wildcard was used
161 to enable an entire family of events but one noisy event needs to be disabled.
163 Wildcard matching is supported in both the monitor command "trace-event" and the
164 events list file. That means you can enable/disable the events having a common
165 prefix in a batch. For example, virtio-blk trace events could be enabled using
166 the following monitor command:
168     trace-event virtio_blk_* on
170 == Trace backends ==
172 The "tracetool" script automates tedious trace event code generation and also
173 keeps the trace event declarations independent of the trace backend.  The trace
174 events are not tightly coupled to a specific trace backend, such as LTTng or
175 SystemTap.  Support for trace backends can be added by extending the "tracetool"
176 script.
178 The trace backends are chosen at configure time:
180     ./configure --enable-trace-backends=simple
182 For a list of supported trace backends, try ./configure --help or see below.
183 If multiple backends are enabled, the trace is sent to them all.
185 If no backends are explicitly selected, configure will default to the
186 "log" backend.
188 The following subsections describe the supported trace backends.
190 === Nop ===
192 The "nop" backend generates empty trace event functions so that the compiler
193 can optimize out trace events completely.  This imposes no performance
194 penalty.
196 Note that regardless of the selected trace backend, events with the "disable"
197 property will be generated with the "nop" backend.
199 === Log ===
201 The "log" backend sends trace events directly to standard error.  This
202 effectively turns trace events into debug printfs.
204 This is the simplest backend and can be used together with existing code that
205 uses DPRINTF().
207 === Simpletrace ===
209 The "simple" backend supports common use cases and comes as part of the QEMU
210 source tree.  It may not be as powerful as platform-specific or third-party
211 trace backends but it is portable.  This is the recommended trace backend
212 unless you have specific needs for more advanced backends.
214 === Ftrace ===
216 The "ftrace" backend writes trace data to ftrace marker. This effectively
217 sends trace events to ftrace ring buffer, and you can compare qemu trace
218 data and kernel(especially kvm.ko when using KVM) trace data.
220 if you use KVM, enable kvm events in ftrace:
222    # echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kvm/enable
224 After running qemu by root user, you can get the trace:
226    # cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
228 Restriction: "ftrace" backend is restricted to Linux only.
230 === Syslog ===
232 The "syslog" backend sends trace events using the POSIX syslog API. The log
233 is opened specifying the LOG_DAEMON facility and LOG_PID option (so events
234 are tagged with the pid of the particular QEMU process that generated
235 them). All events are logged at LOG_INFO level.
237 NOTE: syslog may squash duplicate consecutive trace events and apply rate
238       limiting.
240 Restriction: "syslog" backend is restricted to POSIX compliant OS.
242 ==== Monitor commands ====
244 * trace-file on|off|flush|set <path>
245   Enable/disable/flush the trace file or set the trace file name.
247 ==== Analyzing trace files ====
249 The "simple" backend produces binary trace files that can be formatted with the
250 simpletrace.py script.  The script takes the "trace-events-all" file and the
251 binary trace:
253     ./scripts/simpletrace.py trace-events-all trace-12345
255 You must ensure that the same "trace-events-all" file was used to build QEMU,
256 otherwise trace event declarations may have changed and output will not be
257 consistent.
259 === LTTng Userspace Tracer ===
261 The "ust" backend uses the LTTng Userspace Tracer library.  There are no
262 monitor commands built into QEMU, instead UST utilities should be used to list,
263 enable/disable, and dump traces.
265 Package lttng-tools is required for userspace tracing. You must ensure that the
266 current user belongs to the "tracing" group, or manually launch the
267 lttng-sessiond daemon for the current user prior to running any instance of
268 QEMU.
270 While running an instrumented QEMU, LTTng should be able to list all available
271 events:
273     lttng list -u
275 Create tracing session:
277     lttng create mysession
279 Enable events:
281     lttng enable-event qemu:g_malloc -u
283 Where the events can either be a comma-separated list of events, or "-a" to
284 enable all tracepoint events. Start and stop tracing as needed:
286     lttng start
287     lttng stop
289 View the trace:
291     lttng view
293 Destroy tracing session:
295     lttng destroy
297 Babeltrace can be used at any later time to view the trace:
299     babeltrace $HOME/lttng-traces/mysession-<date>-<time>
301 === SystemTap ===
303 The "dtrace" backend uses DTrace sdt probes but has only been tested with
304 SystemTap.  When SystemTap support is detected a .stp file with wrapper probes
305 is generated to make use in scripts more convenient.  This step can also be
306 performed manually after a build in order to change the binary name in the .stp
307 probes:
309     scripts/tracetool.py --backends=dtrace --format=stap \
310                          --binary path/to/qemu-binary \
311                          --target-type system \
312                          --target-name x86_64 \
313                          <trace-events-all >qemu.stp
315 == Trace event properties ==
317 Each event in the "trace-events-all" file can be prefixed with a space-separated
318 list of zero or more of the following event properties.
320 === "disable" ===
322 If a specific trace event is going to be invoked a huge number of times, this
323 might have a noticeable performance impact even when the event is
324 programmatically disabled.
326 In this case you should declare such event with the "disable" property. This
327 will effectively disable the event at compile time (by using the "nop" backend),
328 thus having no performance impact at all on regular builds (i.e., unless you
329 edit the "trace-events-all" file).
331 In addition, there might be cases where relatively complex computations must be
332 performed to generate values that are only used as arguments for a trace
333 function. In these cases you can use the macro 'TRACE_${EVENT_NAME}_ENABLED' to
334 guard such computations and avoid its compilation when the event is disabled:
336     #include "trace.h"  /* needed for trace event prototype */
337     
338     void *qemu_vmalloc(size_t size)
339     {
340         void *ptr;
341         size_t align = QEMU_VMALLOC_ALIGN;
342     
343         if (size < align) {
344             align = getpagesize();
345         }
346         ptr = qemu_memalign(align, size);
347         if (TRACE_QEMU_VMALLOC_ENABLED) { /* preprocessor macro */
348             void *complex;
349             /* some complex computations to produce the 'complex' value */
350             trace_qemu_vmalloc(size, ptr, complex);
351         }
352         return ptr;
353     }
355 You can check both if the event has been disabled and is dynamically enabled at
356 the same time using the 'trace_event_get_state_backends' routine (see header
357 "trace/control.h" for more information).
359 === "tcg" ===
361 Guest code generated by TCG can be traced by defining an event with the "tcg"
362 event property. Internally, this property generates two events:
363 "<eventname>_trans" to trace the event at translation time, and
364 "<eventname>_exec" to trace the event at execution time.
366 Instead of using these two events, you should instead use the function
367 "trace_<eventname>_tcg" during translation (TCG code generation). This function
368 will automatically call "trace_<eventname>_trans", and will generate the
369 necessary TCG code to call "trace_<eventname>_exec" during guest code execution.
371 Events with the "tcg" property can be declared in the "trace-events" file with a
372 mix of native and TCG types, and "trace_<eventname>_tcg" will gracefully forward
373 them to the "<eventname>_trans" and "<eventname>_exec" events. Since TCG values
374 are not known at translation time, these are ignored by the "<eventname>_trans"
375 event. Because of this, the entry in the "trace-events" file needs two printing
376 formats (separated by a comma):
378     tcg foo(uint8_t a1, TCGv_i32 a2) "a1=%d", "a1=%d a2=%d"
380 For example:
382     #include "trace-tcg.h"
383     
384     void some_disassembly_func (...)
385     {
386         uint8_t a1 = ...;
387         TCGv_i32 a2 = ...;
388         trace_foo_tcg(a1, a2);
389     }
391 This will immediately call:
393     void trace_foo_trans(uint8_t a1);
395 and will generate the TCG code to call:
397     void trace_foo(uint8_t a1, uint32_t a2);
399 === "vcpu" ===
401 Identifies events that trace vCPU-specific information. It implicitly adds a
402 "CPUState*" argument, and extends the tracing print format to show the vCPU
403 information. If used together with the "tcg" property, it adds a second
404 "TCGv_env" argument that must point to the per-target global TCG register that
405 points to the vCPU when guest code is executed (usually the "cpu_env" variable).
407 The "tcg" and "vcpu" properties are currently only honored in the root
408 ./trace-events file.
410 The following example events:
412     foo(uint32_t a) "a=%x"
413     vcpu bar(uint32_t a) "a=%x"
414     tcg vcpu baz(uint32_t a) "a=%x", "a=%x"
416 Can be used as:
418     #include "trace-tcg.h"
419     
420     CPUArchState *env;
421     TCGv_ptr cpu_env;
422     
423     void some_disassembly_func(...)
424     {
425         /* trace emitted at this point */
426         trace_foo(0xd1);
427         /* trace emitted at this point */
428         trace_bar(ENV_GET_CPU(env), 0xd2);
429         /* trace emitted at this point (env) and when guest code is executed (cpu_env) */
430         trace_baz_tcg(ENV_GET_CPU(env), cpu_env, 0xd3);
431     }
433 If the translating vCPU has address 0xc1 and code is later executed by vCPU
434 0xc2, this would be an example output:
436     // at guest code translation
437     foo a=0xd1
438     bar cpu=0xc1 a=0xd2
439     baz_trans cpu=0xc1 a=0xd3
440     // at guest code execution
441     baz_exec cpu=0xc2 a=0xd3