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简介#

这是Linux命令拾遗系列的第六篇，本篇主要介绍工作中常用的动态追踪工具strace、arthas、bpftrace等。

本系列文章索引
Linux命令拾遗-入门篇
Linux命令拾遗-文本处理篇
Linux命令拾遗-软件资源观测
Linux命令拾遗-硬件资源观测
Linux命令拾遗-剖析工具

之前介绍了一些线程与内存剖析工具，如jstack、pstack能很容易观测到线程被卡在了什么位置，而jmap、gcore则容易排查内存泄露、oom等问题。

但线程与内存剖析，只能观测到进程的整体情况，有些时候我们需要观测到某一方法级别，比如调用方法test()时，传入的参数是什么，返回值是多少，花费了多少时间？这种情况下，我们就需要使用一些动态追踪工具了，如strace、arthas、bpftrace、systemtap等。

strace与ltrace#

strace是Linux中用来观测系统调用的工具，学过操作系统原理都知道，操作系统向应用程序暴露了一批系统调用接口，应用程序只能通过这些系统调用接口来访问操作系统，比如申请内存、文件或网络io操作等。
用法如下：

# -T 打印系统调用花费的时间
# -tt 打印系统调用的时间点
# -s 输出的最大长度，默认32，对于调用参数较长的场景，建议加大
# -f 是否追踪fork出来子进程的系统调用，由于服务端服务普通使用线程池，建议加上
# -p 指定追踪的进程pid
# -o 指定追踪日志输出到哪个文件，不指定则直接输出到终端
$ strace -T -tt -f -s 10000 -p 87 -o strace.log

实例：抓取实际发送的SQL#

有些时候，我们会发现代码中完全没问题的SQL，却查不到数据，这极有可能是由于项目中一些底层框架改写了SQL，导致真实发送的SQL与代码中的SQL不一样。

遇到这种情况，先别急着扒底层框架代码，那样会比较花时间，毕竟程序员的时间很宝贵，不然要加更多班的，怎么快速确认是不是这个原因呢？

有两种方法，第一种是使用wireshark抓包，第二种就是本篇介绍的strace了，由于程序必然要通过网络io相关的系统调用，将SQL命令发送到数据库，因此我们只需要用strace追踪所有系统调用，然后grep出发送SQL的系统调用即可，如下：

$ strace -T -tt -f -s 10000 -p 87 |& tee strace.log

从图中可以清晰看到，mysql的jdbc驱动是通过sendto系统调用来发送SQL，通过recvfrom来获取返回结果，可以发现，由于SQL是字符串，strace自动帮我们识别出来了，而返回结果因为是二进制的，就不容易识别了，需要非常熟悉mysql协议才行。

另外，从上面其实也很容易看出SQL执行耗时，计算相同线程号的sendto与recvfrom之间的时间差即可。

ltrace
由于大多数进程基本都会使用基础c库，而不是系统调用，如Linux上的glibc，Windows上的msvc，所以还有一个工具ltrace，可以用来追踪库调用，如下：

$ ltrace -T -tt -f -s 10000 -p 87 -o ltrace.log

基本用法和strace一样，一般来说，使用strace就够了。

arthas#

arthas是java下的一款动态追踪工具，可以观测到java方法的调用参数、返回值等，除此之外，还提供了很多实用功能，如反编译、线程剖析、堆内存转储、火焰图等。
下载与使用

# 下载arthas
$ wget https://arthas.aliyun.com/download/3.4.6?mirror=aliyun -O arthas-packaging-3.4.6-bin.zip

# 解压
$ unzip arthas-packaging-3.4.6-bin.zip -d arthas && cd arthas/

# 进入arthas命令交互界面
$ java -jar arthas-boot.jar `pgrep -n java`
[INFO] arthas-boot version: 3.4.6
[INFO] arthas home: /home/work/arthas
[INFO] Try to attach process 3368243
[INFO] Attach process 3368243 success.
[INFO] arthas-client connect 127.0.0.1 3658
  ,---.  ,------. ,--------.,--.  ,--.  ,---.   ,---.
 /  O  \ |  .--. ''--.  .--'|  '--'  | /  O  \ '   .-'
|  .-.  ||  '--'.'   |  |   |  .--.  ||  .-.  |`.  `-.
|  | |  ||  |\  \    |  |   |  |  |  ||  | |  |.-'    |
`--' `--'`--' '--'   `--'   `--'  `--'`--' `--'`-----'


wiki      https://arthas.aliyun.com/doc
tutorials https://arthas.aliyun.com/doc/arthas-tutorials.html
version   3.4.6
pid       3368243
time      2021-11-13 13:35:49

# help可查看arthas提供了哪些命令
[arthas@3368243]$ help
# help watch可查看watch命令具体用法
[arthas@3368243]$ help watch

watch、trace与stack
在arthas中，使用watch、trace、stack命令可以观测方法调用情况，如下：

# watch观测执行的查询SQL，-x 3指定对象展开层级
[arthas@3368243]$ watch org.apache.ibatis.executor.statement.PreparedStatementHandler parameterize '{target.boundSql.sql,target.boundSql.parameterObject}' -x 3
method=org.apache.ibatis.executor.statement.PreparedStatementHandler.parameterize location=AtExit
ts=2021-11-13 14:50:34; [cost=0.071342ms] result=@ArrayList[
    @String[select id,log_info,create_time,update_time,add_time from app_log where id=?],
    @ParamMap[
        @String[id]:@Long[41115],
        @String[param1]:@Long[41115],
    ],
]

# watch观测耗时超过200ms的SQL
[arthas@3368243]$ watch com.mysql.jdbc.PreparedStatement execute '{target.toString()}' 'target.originalSql.contains("select") && #cost > 200' -x 2
Press Q or Ctrl+C to abort.
Affect(class count: 3 , method count: 1) cost in 123 ms, listenerId: 25
method=com.mysql.jdbc.PreparedStatement.execute location=AtExit
ts=2021-11-13 14:58:42; [cost=1001.558851ms] result=@ArrayList[
    @String[com.mysql.jdbc.PreparedStatement@6283cfe6: select count(*) from app_log],
]

# trace追踪方法耗时，层层追踪，就可找到耗时根因，--skipJDKMethod false显示jdk方法耗时，默认不显示
[arthas@3368243]$ trace com.mysql.jdbc.PreparedStatement execute 'target.originalSql.contains("select") && #cost > 200'  --skipJDKMethod false
Press Q or Ctrl+C to abort.
Affect(class count: 3 , method count: 1) cost in 191 ms, listenerId: 26
---ts=2021-11-13 15:00:40;thread_name=http-nio-8080-exec-47;id=76;is_daemon=true;priority=5;TCCL=org.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatEmbeddedWebappClassLoader@5a2d131d
    ---[1001.465544ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:execute()
        +---[0.022119ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:checkClosed() #1274
        +---[0.016294ms] com.mysql.jdbc.MySQLConnection:getConnectionMutex() #57
        +---[0.017862ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:checkReadOnlySafeStatement() #1278
        +---[0.008996ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:createStreamingResultSet() #1294
        +---[0.010783ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:clearWarnings() #1296
        +---[0.017843ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:fillSendPacket() #1316
        +---[0.008543ms] com.mysql.jdbc.MySQLConnection:getCatalog() #1320
        +---[0.009293ms] java.lang.String:equals() #57
        +---[0.008824ms] com.mysql.jdbc.MySQLConnection:getCacheResultSetMetadata() #1328
        +---[0.009892ms] com.mysql.jdbc.MySQLConnection:useMaxRows() #1354
        +---[1001.055229ms] com.mysql.jdbc.PreparedStatement:executeInternal() #1379
        +---[0.02076ms] com.mysql.jdbc.ResultSetInternalMethods:reallyResult() #1388
        +---[0.011517ms] com.mysql.jdbc.MySQLConnection:getCacheResultSetMetadata() #57
        +---[0.00842ms] com.mysql.jdbc.ResultSetInternalMethods:getUpdateID() #1404
        ---[0.008112ms] com.mysql.jdbc.ResultSetInternalMethods:reallyResult() #1409

# stack追踪方法调用栈，找到耗时SQL来源
[arthas@3368243]$ stack com.mysql.jdbc.PreparedStatement execute 'target.originalSql.contains("select") && #cost > 200'
Press Q or Ctrl+C to abort.
Affect(class count: 3 , method count: 1) cost in 138 ms, listenerId: 27
ts=2021-11-13 15:01:55;thread_name=http-nio-8080-exec-5;id=2d;is_daemon=true;priority=5;TCCL=org.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatEmbeddedWebappClassLoader@5a2d131d
    @com.mysql.jdbc.PreparedStatement.execute()
        at com.alibaba.druid.pool.DruidPooledPreparedStatement.execute(DruidPooledPreparedStatement.java:493)
        at org.apache.ibatis.executor.statement.PreparedStatementHandler.query(PreparedStatementHandler.java:63)
        at org.apache.ibatis.executor.statement.RoutingStatementHandler.query(RoutingStatementHandler.java:79)
        at org.apache.ibatis.executor.SimpleExecutor.doQuery(SimpleExecutor.java:63)
        at org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor.queryFromDatabase(BaseExecutor.java:326)
        at org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor.query(BaseExecutor.java:156)
        at org.apache.ibatis.executor.BaseExecutor.query(BaseExecutor.java:136)
        at org.apache.ibatis.session.defaults.DefaultSqlSession.selectList(DefaultSqlSession.java:148)
        at org.apache.ibatis.session.defaults.DefaultSqlSession.selectList(DefaultSqlSession.java:141)
        at org.apache.ibatis.session.defaults.DefaultSqlSession.selectOne(DefaultSqlSession.java:77)
        at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor75.invoke(null:-1)
        at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
        at org.mybatis.spring.SqlSessionTemplate$SqlSessionInterceptor.invoke(SqlSessionTemplate.java:433)
        at com.sun.proxy.$Proxy113.selectOne(null:-1)
        at org.mybatis.spring.SqlSessionTemplate.selectOne(SqlSessionTemplate.java:166)
        at org.apache.ibatis.binding.MapperMethod.execute(MapperMethod.java:83)
        at org.apache.ibatis.binding.MapperProxy.invoke(MapperProxy.java:59)
        at com.sun.proxy.$Proxy119.selectCost(null:-1)
        at com.demo.example.web.controller.TestController.select(TestController.java:57)

可以看到watch、trace、stack命令中都可以指定条件表达式，只要满足ognl表达式语法即可，ognl完整语法很复杂，如下是一些经常使用的：

分类	示例
内置变量	watch/trace/stack命令中内置了params,target,returnObj,throwExp,#cost，分别表示参数,调用对象自身，返回值，异常，执行耗时。
属性获取	通过.user获取对象user属性值，.user.userId获取对象中user属性中的userId属性。
数组、集合或Map元素获取	通过.orders[0]获取数组或集合中第一个元素，通过.userMap["lisi"]获取Map中对应key值
对象方法调用	通过.getUser()可直接调用对象的方法
静态变量与方法访问	静态变量访问@class@member， 静态方法调用@class@method(args)
条件判断	数值可使用> >= ==等比较，字符串可直接通过== !=比较，如.name=="zhangsan"
逻辑运算	通过&& || !实现条件与或非功能
数组包含	对于数组/List/Set，可以使用in,not in判断元素是否存在，如"zhangsan" in .names
变量赋值	当前时间赋值到变量obj，#obj=new java.util.Date(), #obj.toString()
List、Map构造	List构造{"green", "red", "blue"}， Map构造#{"id" : 1, "name" : "lisi", "birthday" : new java.util.Date()}
字段提取	提取userList中的birthday，.userList.{birthday.getYear()}
列表过滤	过滤出userList中的id<2的元素，.userList.{? id<2 }

ognl
通过ognl命令，可直接查看静态变量的值，如下：

# 调用System.getProperty静态函数，查看jvm默认字符编码
[arthas@3368243]$ ognl '@System@getProperty("file.encoding")'
@String[UTF-8]

# 找到springboot类加载器
[arthas@3368243]$ classloader -t
+-BootstrapClassLoader
+-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@492691d7
  +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@764c12b6
    +-org.springframework.boot.loader.LaunchedURLClassLoader@4361bd48

# 获取springboot中所有的beanName，-c指定springboot的classloader的hash值
# 一般Spring项目，都会定义一个SpringUtil的，用于获取bean容器ApplicationContext
[arthas@3368243]$ ognl -c 4361bd48 '#context=@com.demo.example.web.SpringUtil@applicationContext, #context.beanFactory.beanDefinitionNames'
@String[][
    @String[org.springframework.context.annotation.internalConfigurationAnnotationProcessor],
    @String[org.springframework.context.annotation.internalAutowiredAnnotationProcessor],
    @String[org.springframework.context.annotation.internalCommonAnnotationProcessor],
    @String[testController],
    @String[apiController],
    @String[loginService],
    ...
]

# 获取springboot配置，如server.port是配置http服务端口的
[arthas@3368243]$ ognl -c 4361bd48 '#context=@com.demo.example.web.SpringUtil@applicationContext, #context.getEnvironment().getProperty("server.port")'
@String[8080]

# 查看server.port定义在哪个配置文件中
# 可以很容易看到，server.port定义在application-web.yml
[arthas@3368243]$ ognl -c 4361bd48 '#context=@com.demo.example.web.SpringUtil@applicationContext, #context.environment.propertySources.propertySourceList.{? containsProperty("server.port")}'
@ArrayList[
    @ConfigurationPropertySourcesPropertySource[ConfigurationPropertySourcesPropertySource {name='configurationProperties'}],
    @OriginTrackedMapPropertySource[OriginTrackedMapPropertySource {name='applicationConfig: [classpath:/application-web.yml]'}],
]

# 调用springboot中bean的方法，获取返回值
[arthas@3368243]$ ognl -c 4361bd48 '#context=@com.demo.example.web.SpringUtil@applicationContext, #context.getBean("demoMapper").queryOne(12)' -x 2
@ArrayList[
    @HashMap[
        @String[update_time]:@Timestamp[2021-11-09 18:38:13,000],
        @String[create_time]:@Timestamp[2021-04-17 15:52:55,000],
        @String[log_info]:@String[TbTRNsh2SixuFrkYLTeb25a6zklEZj0uWANKRMe],
        @String[id]:@Long[12],
        @String[add_time]:@Integer[61],
    ],
]

# 查看springboot自带tomcat的线程池的情况
[arthas@3368243]$ ognl -c 4361bd48 '#context=@com.demo.example.web.SpringUtil@applicationContext, #context.webServer.tomcat.server.services[0].connectors[0].protocolHandler.endpoint.executor'
@ThreadPoolExecutor[
    sm=@StringManager[org.apache.tomcat.util.res.StringManager@16886f49],
    submittedCount=@AtomicInteger[1],
    threadRenewalDelay=@Long[1000],
    workQueue=@TaskQueue[isEmpty=true;size=0],
    mainLock=@ReentrantLock[java.util.concurrent.locks.ReentrantLock@69e9cf90[Unlocked]],
    workers=@HashSet[isEmpty=false;size=10],
    largestPoolSize=@Integer[49],
    completedTaskCount=@Long[10176],
    threadFactory=@TaskThreadFactory[org.apache.tomcat.util.threads.TaskThreadFactory@63c03c4f],
    handler=@RejectHandler[org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor$RejectHandler@3667e559],
    keepAliveTime=@Long[60000000000],
    allowCoreThreadTimeOut=@Boolean[false],
    corePoolSize=@Integer[10],
    maximumPoolSize=@Integer[8000],
]

其它命令
arthas还提供了jvm大盘、线程剖析、堆转储、反编译、火焰图等功能，如下：

# 显示耗cpu较多的前4个线程
[arthas@3368243]$ thread -n 4
"C2 CompilerThread0" [Internal] cpuUsage=8.13% deltaTime=16ms time=46159ms


"C2 CompilerThread1" [Internal] cpuUsage=4.2% deltaTime=8ms time=47311ms


"C1 CompilerThread2" [Internal] cpuUsage=3.06% deltaTime=6ms time=17402ms


"http-nio-8080-exec-40" Id=111 cpuUsage=1.29% deltaTime=2ms time=624ms RUNNABLE (in native)
    at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
    ...
    at com.mysql.jdbc.MysqlIO.checkErrorPacket(MysqlIO.java:4113)
    at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sendCommand(MysqlIO.java:2570)
    at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sqlQueryDirect(MysqlIO.java:2731)
    at com.mysql.jdbc.ConnectionImpl.execSQL(ConnectionImpl.java:2818)
    ...
    at com.demo.example.web.controller.TestController.select(TestController.java:57)

# 堆转储
[arthas@3368243]$ heapdump
Dumping heap to /tmp/heapdump2021-11-13-15-117226383240040009563.hprof ...
Heap dump file created

# cpu火焰图，容器环境下profiler start可能用不了，可用profiler start -e itimer替代
[arthas@3368243]$ profiler start
Started [cpu] profiling
[arthas@3368243]$ profiler stop
OK
profiler output file: /home/work/app/arthas-output/20211113-151208.svg

# dashboard就类似Linux下的top一样，可看jvm线程、堆内存的整体情况
[arthas@3368243]$ dashboard

# jvm就类似Linux下的ps一样，可以看jvm进程的一些基本信息，如：jvm参数、类加载、线程数、打开文件描述符数等
[arthas@3368243]$ jvm

# 反编译
[arthas@3368243]$ jad com.demo.example.web.controller.TestController

可见，arthas已经不是一个单纯的动态追踪工具了，它把jvm下常用的诊断功能几乎全囊括了。

相关项目地址：
https://arthas.aliyun.com/doc/index.html
https://github.com/jvm-profiling-tools/async-profiler

bpftrace#

arthas只能追踪java程序，对于原生程序(如MySQL)就无能为力了，好在Linux生态提供了大量的机制以及配套工具，可用于追踪原生程序的调用，如perf、bpftrace、systemtap等，由于bpftrace使用难度较小，本篇主要介绍它的用法。

bpftrace是基于ebpf技术实现的动态追踪工具，它对ebpf技术进行封装，实现了一种脚本语言，就像上面介绍的arthas基于ognl一样，它实现的脚本语言类似于awk，封装了常见语句块，并提供内置变量与内置函数，如下：

$ sudo bpftrace -e 'BEGIN { printf("Hello, World!\n"); } '
Attaching 1 probe...
Hello, World!

实例：在调用端追踪慢SQL#

前面我们用strace追踪过mysql的jdbc驱动，它使用sendto与recvfrom系统调用来与mysql服务器通信，因此，我们在sendto调用时，计下时间点，然后在recvfrom结束时，计算时间之差，就可以得到相应SQL的耗时了，如下：

1. 先找到sendto与recvfrom系统调用在bpftrace中的追踪点，如下：

# 查找sendto|recvfrom系统调用的追踪点，可以看到sys_enter_开头的追踪点应该是进入时触发，sys_exit_开头的退出时触发
$ sudo bpftrace -l '*tracepoint:syscalls*' |grep -E 'sendto|recvfrom'
tracepoint:syscalls:sys_enter_sendto  
tracepoint:syscalls:sys_exit_sendto   
tracepoint:syscalls:sys_enter_recvfrom  
tracepoint:syscalls:sys_exit_recvfrom 

# 查看系统调用参数，方便我们编写脚本
$ sudo bpftrace -lv tracepoint:syscalls:sys_enter_sendto
tracepoint:syscalls:sys_enter_sendto
    int __syscall_nr;
    int fd;
    void * buff;
    size_t len;
    unsigned int flags;
    struct sockaddr * addr;
    int addr_len;

2. 编写追踪脚本trace_slowsql_from_syscall.bt，脚本代码如下：

#!/usr/local/bin/bpftrace

BEGIN {
    printf("Tracing jdbc SQL slower than %d ms by sendto/recvfrom syscall\n", $1);
    printf("%-10s %-6s %6s %s\n", "TIME(ms)", "PID", "MS", "QUERY");
}

tracepoint:syscalls:sys_enter_sendto /comm == "java"/ {
    // mysql协议中，包开始的第5字节指示命令类型，3代表SQL查询
    $com = *(((uint8 *) args->buff)+4);
    if($com == (uint8)3){
        @query[tid]=str(((uint8 *) args->buff)+5, (args->len)-5);
        @start[tid]=nsecs;
    }
}

tracepoint:syscalls:sys_exit_recvfrom /comm == "java" && @start[tid]/ {
    $dur = (nsecs - @start[tid]) / 1000000;
    if ($dur > $1) {
        printf("%-10u %-6d %6d %s\n", elapsed / 1000000, pid, $dur, @query[tid]);
    }
    delete(@query[tid]);
    delete(@start[tid]);
}

其中，comm表示进程名称，tid表示线程号，@query[tid]与@start[tid]类似map，以tid为key的话，这个变量就像一个线程本地变量了。
3. 调用上面的脚本，可以看到各SQL执行耗时，如下：

$ sudo BPFTRACE_STRLEN=80 bpftrace trace_slowsql_from_syscall.bt
Attaching 3 probes...
Tracing jdbc SQL slower than 0 ms by sendto/recvfrom syscall
TIME(ms)   PID        MS QUERY
6398       3368243    125 select sleep(0.1)
16427      3368243     22 select id from app_log al order by id desc limit 1
16431      3368243     20 select id,log_info,create_time,update_time,add_time from app_log where id=11692
17492      3368243     21 select id,log_info,create_time,update_time,add_time from app_log where id=29214

实例：在服务端追踪慢SQL#

从调用端来追踪SQL耗时，会包含网络往返时间，为了得到更精确的SQL耗时，我们可以写一个追踪服务端mysql的脚本，来观测SQL耗时，如下：

1. 确定mysqld服务进程的可执行文件与入口函数

$ which mysqld
/usr/local/mysql/bin/mysqld

# objdump可导出可执行文件的动态符号表，做几张mysqld的火焰图就可发现，dispatch_command是SQL处理的入口函数
# 另外，由于mysql是c++写的，方法名是编译器改写过的，这也是为啥下面脚本中要用*dispatch_command*模糊匹配
$ objdump -tT /usr/local/mysql/bin/mysqld | grep dispatch_command
00000000014efdf3 g     F .text  000000000000252e              _Z16dispatch_commandP3THDPK8COM_DATA19enum_server_command
00000000014efdf3 g    DF .text  000000000000252e  Base        _Z16dispatch_commandP3THDPK8COM_DATA19enum_server_command

2. 使用uprobe追踪dispatch_command的调用，如下：

#!/usr/bin/bpftrace
BEGIN{
    printf("Tracing mysqld SQL slower than %d ms. Ctrl-C to end.\n", $1);
    printf("%-10s %-6s %6s %s\n", "TIME(ms)", "PID", "MS", "QUERY");
}
uprobe:/usr/local/mysql/bin/mysqld:*dispatch_command*{
    if (arg2 == (uint8)3) {
        @query[tid] = str(*arg1);
        @start[tid] = nsecs;
    }
}
uretprobe:/usr/local/mysql/bin/mysqld:*dispatch_command* /@start[tid]/{
    $dur = (nsecs - @start[tid]) / 1000000;
    if ($dur > $1) {
        printf("%-10u %-6d %6d %s\n", elapsed / 1000000, pid, $dur, @query[tid]);
    }
    delete(@query[tid]);
    delete(@start[tid]);
}

追踪脚本整体上与之前系统调用版本的类似，不过追踪点不一样而已。

实例：找出扫描大量行的SQL#

众所周知，SQL执行时需要扫描数据，并且扫描的数据越多，SQL性能就会越差。
但对于一些中间情况，SQL扫描行数不多也不少，如2w条。且这2w条数据都在缓存中的话，SQL执行时间不会很长，导致没有记录在慢查询日志中，但如果这样的SQL并发量大起来的话，会非常耗费CPU。

对于mysql的话，扫描行的函数是row_search_mvcc（如果你经常抓取mysql栈的话，很容易发现这个函数），每扫一行调用一次，如果在追踪脚本中追踪此函数，记录下调用次数，就可以观测SQL的扫描行数了，如下：

#!/usr/bin/bpftrace
BEGIN{
    printf("Tracing mysqld SQL scan row than %d. Ctrl-C to end.\n", $1);
    printf("%-10s %-6s %6s %10s %s\n", "TIME(ms)", "PID", "MS", "SCAN_NUM", "QUERY");
}
uprobe:/usr/local/mysql/bin/mysqld:*dispatch_command*{
    $COM_QUERY = (uint8)3;
    if (arg2 == $COM_QUERY) {
        @query[tid] = str(*arg1);
        @start[tid] = nsecs;
    }
}
uprobe:/usr/local/mysql/bin/mysqld:*row_search_mvcc*{
    @scan_num[tid]++;
}
uretprobe:/usr/local/mysql/bin/mysqld:*dispatch_command* /@start[tid]/{
    $dur = (nsecs - @start[tid]) / 1000000;
    if (@scan_num[tid] > $1) {
        printf("%-10u %-6d %6d %10d %s\n", elapsed / 1000000, pid, $dur, @scan_num[tid], @query[tid]);
    }
    delete(@query[tid]);
    delete(@start[tid]);
    delete(@scan_num[tid]);
}

脚本运行效果如下：

$ sudo BPFTRACE_STRLEN=80 bpftrace trace_mysql_scan.bt 200
Attaching 4 probes...
Tracing mysqld SQL scan row than 200. Ctrl-C to end.
TIME(ms)   PID        MS   SCAN_NUM QUERY
150614     1892        4        300 select * from app_log limit 300
                                    # 全表扫描，慢！
17489      1892      424      43717 select count(*) from app_log                                     
                                    # 大范围索引扫描，慢！
193013     1892      253      20000 select count(*) from app_log where id < 20000                    
                                    # 深分页，会查询前20300条，取最后300条，慢！
213395     1892      209      20300 select * from app_log limit 20000,300                            
                                    # 索引效果不佳，虽然只会查到一条数据，但扫描数据量不会少，慢！
430374     1892      186      15000 select * from app_log where id < 20000 and seq = 15000 limit 1   

如上所示，app_log是我建的一张测试表，共43716条数据，其中id字段是自增主键，seq值与id值一样，但没有索引。
可以看到上面的几个场景，不管什么场景，只要扫描行数变大，耗时就会变长，但也都没有超过500毫秒的，原因是这个表很小，数据可以全部缓存在内存中。

可见，像bpftrace这样的动态追踪工具是非常强大的，而且比arthas更加灵活，arthas只能追踪单个函数，而bpftrace可以跨函数追踪。

bpftrace使用手册：https://github.com/iovisor/bpftrace/blob/master/docs/reference_guide.md

总结#

已经介绍了不少诊断工具了，这里简单概括一下它们的应用场景：

1. 软件资源观测，如ps、lsof、netstat，用来检查进程基本情况，如内存占用、打开哪些文件、创建了哪些连接等。
2. 硬件资源观测，如top、iostat、sar等，类似Windows上任务管理器一样，让你对硬件资源占用以及在进程上情况有个大概了解，最多观测到线程级别，这些工具一般只能指示进一步调查的方向，很少能直接确认原因。
3. 线程与内存剖析，如jstack、jmap等，比较容易分析线程卡住或内存oom问题，而oncpu火焰图容易找出热代码路径，分析高cpu瓶颈，offcpu火焰图则容易找出经常阻塞的代码路径，分析高耗时问题。
4. 动态追踪工具，如arthas、bpftrace等，能追踪到方法调用级，常用于问题需要深入调查的场景，如问题不在代码实现上，而在调用数据上，就像上面row_search_mvcc函数一样，抓火焰图会发现它出现频繁，但由于它是核心函数，这个频繁可能是正常的，也可能是不正常的，需要将调用次数分散到SQL上才能确认。

往期内容#

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原来awk真是神器啊
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