基于bpftrace对PostgreSQL进行观测（续）

引子

这篇是第六篇关于可观测技术在数据库上的使用，前几篇都是基于USDT来进行观测的，虽然可以比较方便的对应用程序进行观测，但是有一个很明显的缺点就是需要应用程序预先埋下观测点的探针，是一种静态的跟踪方式。比如OceanBase需要修改源码，PostgreSQL或MySQL则是源码中为了Dtrace提供了一些埋点（需要在编译时开启–enable-dtrace），显然不太适合生产中调试发现问题。这可能让大家对eBPF的可用性和使用范围产生怀疑。当然，之前的文章也提到过USDT只是eBPF技术的冰山一角，所以，今天介绍另一种真正的“零”侵入的观测方法——uprobe。

简介

uprobe是eBPF中的一种类型，它可以让用户空间的程序在应用程序的用户空间地址上安装观察点（probe），并在应用程序执行到该地址时执行自定义的代码。使用uProbe，用户可以监控应用程序的函数调用、系统调用、信号处理等事件，从而实现一些特定的功能，如性能分析、错误排查、安全监控等。

原理

1. 用户空间程序调用某个函数或执行某条指令时，该函数或指令所对应的代码段被映射到内核空间。
2. 在内核空间，eBPF程序通过uprobes机制注册一个probe，即将一个观察点安装到该函数或指令的代码段中。这个观察点是一个断点，即当应用程序执行到该地址时，会触发一个异常，然后内核会回调eBPF程序执行自定义的代码。
3. eBPF程序可以访问触发异常的进程的上下文信息，如进程ID、用户ID、系统调用号等，还可以通过一些内核API获取应用程序栈帧信息、内存访问等细节信息。
4. eBPF程序执行完自定义代码后，可以选择恢复原始的指令并返回到应用程序的正常执行流程中，也可以改变执行流程，比如跳转到其他代码段继续执行。

预备知识

eBPF是什么？eBPF能做什么？如何搭建eBPF环境？等等。这些内容不进行赘述了，可以参考下面几篇文章。

1. PostgreSQL + eBPF实现数据库服务可观测
2. OceanBase 4.0 改装：另一种全链路追踪的尝试
3. 使用eBPF提升可观测性（xiongcc）
4. pg_lock_tracer实现数据库服务可观测
5. eBPF实现“零”侵入的慢SQL抓取
6. 基于bpftrace对PostgreSQL进行观测

范例演示

下面将通过两中范例来演示使用uprobe对PostgreSQL的观测。
一种是bpftrace的安装可以参考上一篇基于bpftrace对PostgreSQL进行观测。
另一种是bcc工具集中trace-bpfcc。

BCC编译安装

sudo apt install liblzma-dev
sudo apt install libclang-14-dev
git clone https://github.com/iovisor/bcc.git
mkdir bcc/build; cd bcc/build
cmake ..
make
sudo make install

cmake -DPYTHON_CMD=python3 .. # build python3 binding
pushd src/python/
make
sudo make install
popd

安装完成后在tools目录下会看到以下工具脚本，其中trace.py就是我们今天要演示的一个工具，这些工具会被安装到/usr/sbin/目录下，并加速-bpfcc后缀。

PostgreSQL设置

^_，不需要任何设置。

演示

注解

bpftrace窗口（右上）：监控exec_simple_query函数，sudo bpftrace -e 'uprobe:/home/frank/pgsql/bin/postgres:exec_simple_query { printf("sql: %s\n", str(arg0)); }'

trace-bpfcc窗口（左上）：同样监控exec_simple_query函数，sudo trace-bpfcc '/home/frank/pgsql/bin/postgres:exec_simple_query "%s" arg1'

psql窗口（左下）：执行两个查询命令select version(); 和 \l ；

trace-bpfcc共计不到1000行代码：

总结

这篇是作为续，是上一篇的补充，同时更重要的是介绍了使用uprobe方式对用户程序的观测，优点是uprobe是动态跟着的方式，不需要提前埋入探针，所以这种方式有在生产上使用的可能性（不建议再生产上观测调用频繁的函数）。

从输出效果上看trace-bpfcc可读性更好些，但需要安装bcc，一些系统可以用过apt/yum进行安装。bpftrace的优势是可以编写脚本，介个脚本可以实现更复杂的功能。以上可以根据您具体的使用场景进行选择。