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17-biopattern/biostacks.md

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+##  eBPF 入门实践教程：编写 eBPF 程序 Biostacks: 监控内核 I/O 操作耗时
+
+
+### 背景
+由于有些磁盘I/O操作不是直接由应用发起的，比如元数据读写，因此有些直接捕捉磁盘I/O操作信息可能
+会有一些无法解释的I/O操作发生。为此，Biostacks 会直接追踪内核中初始化I/O操作的函数，并将磁
+盘I/O操作耗时以直方图的形式展现。
+
+### 实现原理
+Biostacks 的挂载点为 fentry/blk_account_io_start, kprobe/blk_account_io_merge_bio 和
+fentry/blk_account_io_done。fentry/blk_account_io_start 和 kprobe/blk_account_io_merge_bio
+挂载点均时内核需要发起I/O操作中必经的初始化路径。在经过此处时，Biostacks 会根据 request queue ，将数据存入
+map中。
+```c
+static __always_inline
+int trace_start(void *ctx, struct request *rq, bool merge_bio)
+{
+	struct internal_rqinfo *i_rqinfop = NULL, i_rqinfo = {};
+	struct gendisk *disk = BPF_CORE_READ(rq, rq_disk);
+	dev_t dev;
+
+	dev = disk ? MKDEV(BPF_CORE_READ(disk, major),
+			BPF_CORE_READ(disk, first_minor)) : 0;
+	if (targ_dev != -1 && targ_dev != dev)
+		return 0;
+
+	if (merge_bio)
+		i_rqinfop = bpf_map_lookup_elem(&rqinfos, &rq);
+	if (!i_rqinfop)
+		i_rqinfop = &i_rqinfo;
+
+	i_rqinfop->start_ts = bpf_ktime_get_ns();
+	i_rqinfop->rqinfo.pid = bpf_get_current_pid_tgid();
+	i_rqinfop->rqinfo.kern_stack_size =
+		bpf_get_stack(ctx, i_rqinfop->rqinfo.kern_stack,
+			sizeof(i_rqinfop->rqinfo.kern_stack), 0);
+	bpf_get_current_comm(&i_rqinfop->rqinfo.comm,
+			sizeof(&i_rqinfop->rqinfo.comm));
+	i_rqinfop->rqinfo.dev = dev;
+
+	if (i_rqinfop == &i_rqinfo)
+		bpf_map_update_elem(&rqinfos, &rq, i_rqinfop, 0);
+	return 0;
+}
+
+SEC("fentry/blk_account_io_start")
+int BPF_PROG(blk_account_io_start, struct request *rq)
+{
+	return trace_start(ctx, rq, false);
+}
+
+SEC("kprobe/blk_account_io_merge_bio")
+int BPF_KPROBE(blk_account_io_merge_bio, struct request *rq)
+{
+	return trace_start(ctx, rq, true);
+}
+
+```
+在I/O操作完成后，fentry/blk_account_io_done 下的处理函数会从map中读取之前存入的信息，根据当下时间
+记录时间差值，得到I/O操作的耗时信息，并更新到存储直方图数据的map中。
+```c
+SEC("fentry/blk_account_io_done")
+int BPF_PROG(blk_account_io_done, struct request *rq)
+{
+	u64 slot, ts = bpf_ktime_get_ns();
+	struct internal_rqinfo *i_rqinfop;
+	struct rqinfo *rqinfop;
+	struct hist *histp;
+	s64 delta;
+
+	i_rqinfop = bpf_map_lookup_elem(&rqinfos, &rq);
+	if (!i_rqinfop)
+		return 0;
+	delta = (s64)(ts - i_rqinfop->start_ts);
+	if (delta < 0)
+		goto cleanup;
+	histp = bpf_map_lookup_or_try_init(&hists, &i_rqinfop->rqinfo, &zero);
+	if (!histp)
+		goto cleanup;
+	if (targ_ms)
+		delta /= 1000000U;
+	else
+		delta /= 1000U;
+	slot = log2l(delta);
+	if (slot >= MAX_SLOTS)
+		slot = MAX_SLOTS - 1;
+	__sync_fetch_and_add(&histp->slots[slot], 1);
+
+cleanup:
+	bpf_map_delete_elem(&rqinfos, &rq);
+	return 0;
+}
+```
+在用户输入程序退出指令后，其用户态程序会将直方图map中的信息读出并打印。
+
+### Eunomia中使用方式
+
+
+### 总结
+Biostacks 从源头实现了对I/O操作的追踪，可以极大的方便我们掌握磁盘I/O情况。