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2026-10-31 04:36:26 +08:00 · 2024-09-02 06:18:57 +00:00
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--- a/src/39-nginx/README.md
+++ b/src/39-nginx/README.md
@@ -0,0 +1,149 @@
+# 使用 eBPF 跟踪 Nginx 请求
+
+## 引言
+
+Nginx 是世界上最流行的 Web 服务器和反向代理之一，以其高性能、稳定性和低资源消耗而闻名。它广泛用于提供静态内容、负载均衡以及作为动态应用的反向代理。为了保持其性能优势，监控和优化 Nginx 的运行尤为重要，尤其是在处理大量请求时。利用 eBPF（扩展的伯克利包过滤器），可以深入了解 Nginx 的性能表现，识别瓶颈并进行优化，而无需修改源代码或重启服务。
+
+eBPF 是一项革命性技术，允许开发人员在 Linux 内核中运行自定义程序。最初设计用于网络数据包过滤，但 eBPF 现已发展为一个多功能工具，广泛应用于跟踪、监控和分析系统行为。通过利用 eBPF，您可以跟踪 Nginx 的关键函数，测量延迟，识别瓶颈，进而优化系统性能。
+
+## 背景：Nginx 和 eBPF
+
+### Nginx
+
+Nginx 采用事件驱动架构，使其在资源占用极少的情况下能够高效处理成千上万的并发连接。这种高效性依赖于其请求处理、响应生成和事件处理等多个性能关键函数。了解这些函数在不同负载下的表现对于优化 Nginx 的使用至关重要。
+
+### eBPF
+
+eBPF 程序在 Linux 内核的安全沙盒环境中运行。这些程序可以附加到各种钩子上，如系统调用、跟踪点，甚至可以通过 uprobes（用户级探针）附加到用户空间的函数。这使得 eBPF 成为一个强大的系统可观测性工具，可以收集详细的性能数据并实时执行策略。
+
+eBPF 的一个常见用例是跟踪函数执行时间，以测量延迟。这对于了解 Nginx 中特定函数的执行时间特别有用，有助于诊断性能问题、优化资源使用，并提高 Nginx 部署的整体效率。
+
+### Uprobes
+
+Uprobes 是一种用于跟踪用户空间应用程序函数的探针，它通过附加到特定用户空间函数的入口和出口点，可以捕获精确的时间信息。然而，需要注意的是，在内核模式 eBPF 运行时使用 uprobes 可能会带来一定的性能开销。为此，您可以考虑使用基于 LLVM JIT/AOT 的用户模式 eBPF 运行时 [bpftime](https://github.com/eunomia-bpf/bpftime)。这种运行时可以在用户空间中运行 eBPF 程序，与内核模式 eBPF 兼容，并有可能降低开销。
+
+## Nginx 的性能关键函数
+
+以下是 Nginx 中一些性能关键的函数，可以通过 eBPF 进行监控：
+
+- **ngx_http_process_request**：负责处理传入的 HTTP 请求。监控此函数有助于跟踪请求处理的开始。
+- **ngx_http_upstream_send_request**：当 Nginx 作为反向代理时，负责向上游服务器发送请求。
+- **ngx_http_finalize_request**：完成 HTTP 请求的处理，包括发送响应。跟踪此函数可以衡量整个请求处理的时间。
+- **ngx_event_process_posted**：处理事件循环中的队列事件。
+- **ngx_handle_read_event**：负责处理来自套接字的读取事件，对监控网络 I/O 性能至关重要。
+- **ngx_writev_chain**：负责将响应发送回客户端，通常与写事件循环结合使用。
+
+## 使用 bpftrace 跟踪 Nginx 函数
+
+为了监控这些函数，我们可以使用 `bpftrace`，一种 eBPF 的高级跟踪语言。以下是一个用于跟踪几个关键 Nginx 函数执行时间的脚本：
+
+```bt
+#!/usr/sbin/bpftrace
+
+// 监控 HTTP 请求处理的开始
+uprobe:/usr/sbin/nginx:ngx_http_process_request
+{
+    printf("HTTP 请求处理开始 (tid: %d)\n", tid);
+    @start[tid] = nsecs;
+}
+
+// 监控 HTTP 请求的完成
+uretprobe:/usr/sbin/nginx:ngx_http_finalize_request
+/@start[tid]/
+{
+    $elapsed = nsecs - @start[tid];
+    printf("HTTP 请求处理时间: %d ns (tid: %d)\n", $elapsed, tid);
+    delete(@start[tid]);
+}
+
+// 监控向上游服务器发送请求的开始
+uprobe:/usr/sbin/nginx:ngx_http_upstream_send_request
+{
+    printf("开始向上游服务器发送请求 (tid: %d)\n", tid);
+    @upstream_start[tid] = nsecs;
+}
+
+// 监控上游请求发送完成
+uretprobe:/usr/sbin/nginx:ngx_http_upstream_send_request
+/@upstream_start[tid]/
+{
+    $elapsed = nsecs - @upstream_start[tid];
+    printf("上游请求发送完成时间: %d ns (tid: %d)\n", $elapsed, tid);
+    delete(@upstream_start[tid]);
+}
+
+// 监控事件处理的开始
+uprobe:/usr/sbin/nginx:ngx_event_process_posted
+{
+    printf("事件处理开始 (tid: %d)\n", tid);
+    @event_start[tid] = nsecs;
+}
+
+// 监控事件处理的完成
+uretprobe:/usr/sbin/nginx:ngx_event_process_posted
+/@event_start[tid]/
+{
+    $elapsed = nsecs - @event_start[tid];
+    printf("事件处理时间: %d ns (tid: %d)\n", $elapsed, tid);
+    delete(@event_start[tid]);
+}
+```
+
+### 运行脚本
+
+要运行上述脚本，先启动 Nginx，然后使用 `curl` 等工具生成 HTTP 请求：
+
+```bt
+# bpftrace /home/yunwei37/bpf-developer-tutorial/src/39-nginx/trace.bt
+Attaching 4 probes...
+事件处理开始 (tid: 1071)
+事件处理时间: 166396 ns (tid: 1071)
+事件处理开始 (tid: 1071)
+事件处理时间: 87998 ns (tid: 1071)
+HTTP 请求处理开始 (tid: 1071)
+HTTP 请求处理时间: 1083969 ns (tid: 1071)
+事件处理开始 (tid: 1071)
+事件处理时间: 92597 ns (tid: 1071)
+```
+
+该脚本监控了几个 Nginx 函数的开始和结束时间，并打印了每个函数的执行时间。这些数据可以用来分析和优化 Nginx 服务器的性能。
+
+## 测试 Nginx 的函数延迟
+
+为了更详细地分析函数延迟，您可以使用 `funclatency` 工具，该工具可以测量 Nginx 函数的延迟分布。以下是如何测试 `ngx_http_process_request` 函数的延迟：
+
+```console
+# sudo ./funclatency /usr/sbin/nginx:ngx_http_process_request
+tracing /usr/sbin/nginx:ngx_http_process_request...
+tracing func ngx_http_process_request in /usr/sbin/nginx...
+Tracing /usr/sbin/nginx:ngx_http_process_request.  Hit Ctrl-C to exit
+^C
+     nsec                : count    distribution
+         0 -> 1          : 0        |                                        |
+   524288 -> 1048575    : 16546    |****************************************|
+   1048576 -> 2097151    : 2296     |*****                                   |
+   2097152 -> 4194303    : 1264     |***                                     |
+   4194304 -> 8388607    : 293      |                                        |
+   8388608 -> 16777215   : 37       |                                        |
+Exiting trace of /usr/sbin/nginx:ngx_http_process_request
+```
+
+### 结果总结
+
+上述结果显示了 `ngx_http_process_request` 函数的延迟分布。大多数请求在 524,288 至 1,048,575 纳秒内处理完成，少部分请求处理时间更长。这些信息对于识别性能瓶颈和优化 Nginx 请求处理至关重要。
+
+通过使用 `funclatency`，您可以：
+
+- **识别性能瓶颈**：了解哪些函数执行时间最长，并将优化工作重点放在这些函数上。
+- **监控系统性能**：定期监控函数延迟，确保在高负载下 Nginx 服务器的最佳性能。
+- **优化 Nginx 配置**：利用延迟测量得出的洞察调整 Nginx 设置或修改应用程序，以提高整体性能。
+
+您可以在 [bpf-developer-tutorial 仓库](https://github.com/eunomia-bpf/bpf-developer-tutorial/blob/main/src/33-funclatency) 中找到 `funclatency` 工具。
+
+## 结论
+
+通过 eBPF 跟踪 Nginx 请求可以为您的 Web 服务器提供宝贵的性能洞察，使您能够监控、分析和优化其操作。使用 `bpftrace` 和 `funclatency`
+
+ 等工具，您可以测量函数执行时间、识别瓶颈，并根据数据做出决策来改进 Nginx 部署。
+
+如果您有兴趣了解更多关于 eBPF 的知识，包括更多高级示例和教程，请访问我们的 [https://github.com/eunomia-bpf/bpf-developer-tutorial](https://github.com/eunomia-bpf/bpf-developer-tutorial) 或查看我们的网站 [https://eunomia.dev/tutorials/](https://eunomia.dev/tutorials/)。