Linux Kernel State Tracer

はじめに

　Linux Kernel State Tracer(LKST) はカーネルの状態遷移情報を記録するイベントトレーサです。プロセスコンテキストスイッチ、シグナル送信、割り込み、メモリアロケーション、パケット送信など、様々なイベントでカーネル情報を採取できます。

LKSTは以下の使い方ができます。

障害解析
　LKSTでは主要なカーネル機能の処理経路をトレースでき、その時のカーネルの色々な状態情報を収集できます。これらの情報から、障害時にどこまで処理が行なわれたか、その時カーネルはどのような状況だったのかを解析できるため、障害原因を見つける有力な手段として使うことができます。
　この機能はLKSTのデフォルト機能であり、LKSTのすべてのバージョンに含まれています。
性能解析
　このプログラムの一部は「独立行政法人　情報処理推進機構　オープンソースソフトウェア活用基盤整備事業」に係る委託業務の一環として開発しました。
　lkstlogtoolsを適用したLKSTでは、主要なカーネル機能の実行時の処理時間と、その時のカーネルのキューの長さなどの情報を収集、解析できます。 lkstlogtoolsはLKSTデータを解析するツールも提供しています。これらの解析された情報から、カーネルのどの機能で処理が遅延しているのか、常に遅いのか、その遅さの要因は何か、などを検出できるため、性能の評価（遅延処理の検出）を行なう有力な手段となります。
　この機能はlkstlogtools v1.0.1という名称で公開しており、使用するためには LKST v2.2.1が必要です。
　LKSTの次のバージョンではこの機能をマージする予定です。

　LKSTはLinuxカーネル内の障害解析や性能解析に有効なツールです。現在のLinuxでは、システム障害を解決したり、カーネル内の処理の性能を分析するための情報が十分に開発者に提供されているとは言えません。 LKSTを使うとLinuxカーネルのイベント情報が常にトレースデータとして記録され、開発者はサーバを停止させることなくそれらの情報を得ることができます。

LKSTの特徴

イベントの動的なON/OFF
どのイベントを記録するかを変更することができます。これにより開発者は自分が関心のあるイベントについてのみ情報を得ることができます。そして、障害とは関係ないコンポーネントに関するトレースオーバヘッドを削減することができます。
ハンドラ（記録関数）の動的な追加登録と切替え
各イベントで使用するハンドラを追加登録することができ、動的に切替えることができます。すべてのイベントのデフォルトハンドラはイベントを記録するだけですが、必要な時に、用途に合うハンドラを作成して切替えることができます。
マスクセットの動的な追加登録と切替え
どのイベントをトレースしてどんな記録をとるかの組み合わせ（この組み合わせをマスクセットを呼びます）も複数登録しておいて動的に切替えることができます。必要な時に、用途に合うトレースに切替えることができます。
記録バッファの動的な作成と切替え
トレースした結果を格納するバッファを追加作成して、動的に切替えることができます。通常はバッファは最後まで書き終わると先頭に戻って上書きするので、一定量のトレースを採ると前の情報は消えてしまいますが、書き込み先バッファを切替えるにより必要なデータを残すことができます。

-- これらの機能は、例えば以下のような場面で有効に使えます --

あるイベントが特定回数発生した後、詳細情報のトレースを始めたい。特定回数に至るまでのオーバヘッドを少なくしたい。
→通常はそのイベントの発生回数をカウントするハンドラを使用し、カウント数が特定値になった時にレジスタ等の詳細情報を記録するハンドラに切替える。
＜ハンドラの登録・切替え機能の利用＞
あるイベントが発生した後、関連する他のイベントのトレースを始めたい。あるイベントが発生するまでのオーバヘッドをなくしたい。
→通常は対象イベントのみトレースするマスクセットで稼動し、対象イベントのハンドラの中で、関連するイベントの詳細情報をトレースするマスクセットに切替える。
＜ハンドラおよびマスクセットの登録・切替え機能の利用＞
特定イベントのトレース情報を必ず残したい。
→記録バッファを追加作成し、特定イベントの発生前後のトレースポイントで記録バッファを切替える。
＜記録バッファの作成・動的切替え、およびファイル出力機能の利用＞
リアルタイムに異常を検知したい。
→対象となるイベントに対し、異常を検知した時にユーザプロセスに通知するハンドラを作成して使用する。
＜ハンドラの登録・切替え機能の利用＞

他コンポーネントとの連携状況

Kernel Hooks	イベントが発生した時のハンドラの呼び出し方法として活用しました。
LKCD	LKCDが保存したメモリダンプの中からLKSTのトレース情報を採取できるようにしました。

Link

プロジェクト
- dav(英語版) : http://sourceforge.net/projects/davtools/
- dav(日本語版) : http://sourceforge.jp/projects/dav/
- DLE(英語版）http://sourceforge.net/projects/dle/
- DLE(日本語版）http://sourceforge.jp/projects/dle/

その他
- Hitachi,Ltd.：http://www.hitachi.co.jp
- FUJITSU,LTD. (Under construction.)

Project Mailing Lists : lkst-develop@lists.sourceforge.jp , lkst-users@lists.sourceforge.jp

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