详解C语言动态跟踪工具ProbeVue如何调试Java应用程序

在51CTO的Unix操作系统开发中我们介绍过AIX6 的安全新特性。 AIX 6.1 中引入的 ProbeVue 是一个动态跟踪工具。它最初的设计目的是动态地跟踪 C 应用程序和系统中的系统调用。随着时间的推移，它现在支持调试Java应用程序，还支持获取实时转储和基本系统调用。本文讨论 ProbeVue 对 Java 的支持。

ProbeVue 具有以下特性：

◆跟踪钩子不需要作为源代码的组成部分预先编译。

◆ProbeVue 适用于 32/64 位内核和应用程序，不需要做任何修改。

◆在通过 ProbeVue 放置跟踪钩子之前，它们并不存在。

◆可以立即查看跟踪活动捕捉的跟踪数据，可以作为终端输出显示它们，或者保存到文件中供以后查看。

◆跟踪钩子可以应用于任何函数的入口或出口（当前对于系统调用只支持出口探测点）。

◆当探测类型为入口时，可以探测传递给函数的参数，这要求在 Vue 脚本的开头或通过头文件定义函数原型。

◆通过在出口点应用跟踪钩子并指定函数原型，可以探测函数的退出/返回值。

◆可以使用 ProbeVue 进行性能分析和问题调试。

使用 ProbeVue 的前提条件

◆AIX V6.10 和更高版本

◆文件集：不需要特殊的文件集，基本操作系统附带所需的文件集。

◆在尝试探测之前需要启用 ProbeVue 特性，可以使用 SMIT 启用它。

Vue 脚本语法

◆探测 Java 函数

@@uftjava:PID:*:"fully qualified function name":entry  

◆探测 Java 库例程：与 Java 函数相同。

命令语法

单独启动 Java 应用程序和 ProbeVue

◆Java 应用程序

对于 32 位：java -agentlib:probevuejava <additional parameters> myjavaapp  
对于 64 位：java -agentlib:probevuejava64 <additional parameters> myjavaapp  
 

◆ProbeVue

ProbeVue <additional arguments> myscript.e <script arguments> 
 

作为 ProbeVue 的子进程启动 Java 应用程序

◆对于 32 位：probevue -X <path of java> -A "-agentlib:probevuejava <additional parameters> my javaapp" myscript.e

◆对于 64 位：probevue -X <path of java> -A "-agentlib:probevuejava64 <additional parameters> my javaapp" myscript.e

基本探测示例

基本探测示例：myjava.java

import java.lang.reflect.*;  
import java.util.*;  
import java.lang.*;  
 
class myclass1  
{  
        int i;  
        float f;  
        double d;  
        boolean b;  
        String s;  
        public myclass1(int j)  
        {  
                i=j;  
        }  
        public void set_i(int j)  
                {  
                        i=j;  
                }  
        public void set_f(float j)  
                {  
                        f=j;  
                }  
        public void set_d(double j)  
                {  
                        d=j;  
                }  
        public void set_b(boolean j)  
                {  
                        b=j;  
                }  
        public void set_s(String j)  
                {  
                        s=j;  
                }  
        public  void print_i()  
                {  
                        System.out.println("Value of Integer i:"+i);  
                        System.out.println("Value of Float f:"+f);  
                        System.out.println("Value of Double d:"+d);  
                        System.out.println("Value of Boolean b:"+b);  
                        System.out.println("Value of String s:"+s);  
                }  
}  
public class myjava  
{  
        public static void main(String args[]) throws java.lang.InterruptedException  
        {  
                Thread.sleep(60);  
                System.out.println("In main");  
                myclass1 MC1=new myclass1(20);  
                MC1.set_i(10);  
                MC1.set_f((float)10.03);  
                MC1.set_d(10.1123);  
                MC1.set_b(false);  
                MC1.set_s("ProbeVue");  
                MC1.print_i();  
                int [] int1;  
                int1 = new int[10];  
                for(int i=0;i<10;i++)  
                Array.set(int1,i,(int)i);  
                for(int i=0;i<10;i++)  
                {  
                        System.out.println(Array.getInt(int1,i));  
                 }  
 
 
        }  
}  
 

执行基本探测的 Vue 脚本：basic_probing.e

@@BEGIN  
{  
// Declare and Initialize the variable to track the number of calls made   
// to Array.set function  
        int Number_Of_Calls_Of_Array_set;  
        Number_Of_Calls_Of_Array_set=0;  
}  
//Probe String to trace the calls to function myclass1.set_d  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_d":entry  
{  
//Printing the message for user notification that this function has been called  
//By adding ProbeVue tag to message we can easily filter out the ProbeVue messages only.  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_d function \n");  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_f":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_f function \n");  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_i":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_i function \n");  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_s":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_s function \n");  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_b":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_b function \n");  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myjava.main":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered myjava.main function \n");  
// Printing the Process Id and Parent Process Id  
        printf("       Process Id : %ld\n",__pid);  
        printf("Parent Process Id : %ld\n",__ppid);  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"java.lang.reflect.Array.set":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function \n");  
// Increment the count whenever the function is called  
        Number_Of_Calls_Of_Array_set++;  
}  
@@syscall:$__CPID:exit:entry  
{  
// Exit when the application exits  
        exit();  
}  
@@END  
{  
//This is executed when ProbeVue session exits and prints the following message.  
        printf("Number Of times function - \"java.lang.reflect.Array.set\" called is   
   : %d\n",Number_Of_Calls_Of_Array_set);  
}  
 

输出

# probevue -X `which java` -A "-agentlib:probevuejava myjava" basic_probing.e  
ProbeVue - Entered myjava.main function  
       Process Id : 7209080  
Parent Process Id : 5767168  
In main  
Value of Integer i:10  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_i function  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_f function  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_d function  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_b function  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_s function  
Value of Float f:10.03  
Value of Double d:10.1123  
Value of Boolean b:false  
Value of String s:ProbeVue  
0  
1  
2  
3  
4  
5  
6  
7  
8  
9  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function  
Number Of times function - "java.lang.reflect.Array.set" called is : 10  
 

访问参数

除了提供放置探测的功能之外，ProbeVue 还允许收集传递给函数的参数值。对于访问参数，不需要为 ProbeVue 指定函数原型。

注意，Java 应用程序代码与前一个示例相同，也是 myjava.java。

访问参数的示例 Vue 脚本

# cat accessing_argument.e  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_d":entry  
{  
//Declaring Vue variable - d of type double  
        double d;  
        d=__arg2;  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_d function with   
   argument :%llf\n",__arg2);  
        printf("ProbeVue Variable d : %llf\n",d);  
// Above is to demonstrate that argument values could be stored in Vue variables and then  
// either operated and printed or printed directly  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_f":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_f function with argument :%f\n",__arg2);  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_i":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_i function with argument :%d\n",__arg2);  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_s":entry  
{  
//Declaring String type Vue variable - s with its size  
        String s[100];  
//String type variable of Java can be directly copied to String type variable of Vue  
        s=__arg2;  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_s function with argument :%s\n",__arg2);  
        printf("ProbeVue Variable s : %s\n",s);  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myclass1.set_b":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered  myclass1.set_b function with argument :%d\n",__arg2);  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"myjava.main":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered Probed Main\n");  
}  
@@uftjava:$__CPID:*:"java.lang.reflect.Array.set":entry  
{  
        printf("ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with   
   2nd argument as : %d\n",__arg2);  
}  
@@syscall:$__CPID:exit:entry  
{  
        exit();  
}  
 

输出

#probevue -X `which java` -A "-agentlib:probevuejava myjava" accessing_argument.e  
ProbeVue - Entered Probed Main  
In main  
Value of Integer i:10  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_i function with argument :10  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_f function with argument :10.030000  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_d function with argument :10.112300  
ProbeVue Variable d : 10.112300  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_b function with argument :0  
ProbeVue - Entered  myclass1.set_s function with argument :ProbeVue  
ProbeVue Variable s : ProbeVue  
Value of Float f:10.03  
Value of Double d:10.1123  
Value of Boolean b:false  
Value of String s:ProbeVue  
0  
1  
2  
3  
4  
5  
6  
7  
8  
9  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 0  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 1  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 2  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 3  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 4  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 5  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 6  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 7  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 8  
ProbeVue - Entered java.lang.reflect.Array.set function with 2nd argument as : 9  
 

注意以下几点：

◆对于静态函数，可以使用 __arg1 访问函数的第一个实际参数。

◆对于非静态函数，可以使用 __arg2 访问函数的第一个实际参数，因为作为 __arg1 隐式地传递 this 指针。

其他要点

◆ProbeVue 脚本可以使用完全限定名（例如 java.lang.Math.PI）读取 Java 类中的静态变量和常量。

◆没有替代 @@uftjava 的语法。

◆不需要指定函数原型，也不需要头文件。

◆不需要通过使用 copy_userdata 访问基本数据类型。

◆Java 的布尔数据类型映射到 ProbeVue 的整数数据类型，1 值代表 true，0 值代表 false。

◆Java 的字符串数据类型映射到 ProbeVue 的字符串数据类型。

◆__pname 提供进程名称 "java" 而不是应用程序名，比如 myjavaapp。

◆所有其他函数的使用方法相同。

◆可以用 -agentlib:probevuejava 标志启动 Java 应用程序，但是以后再启动 ProbeVue 会话。

◆可以探测静态和非静态函数。

◆如果在 ProbeVue 命令行上用 -X 选项启动 JVM，那么只能探测 Java 类中的 main 函数。这迫使 JVM 等到 ProbeVue 启动之后才启动 Java 应用程序。

可能实现的场景

◆统计调用某一函数的次数。

◆跟踪调用各个函数的次序。

◆检查参数值是否正确。

限制

◆只支持 JVM V1.5 和更高版本。

◆目前不支持访问数组、实例变量和对象引用。

◆不支持探测重载和多态的函数。

◆目前不支持 get_function Vue 函数。

◆不能探测 Java 函数的出口点，因此不能获取函数的返回值。

【编辑推荐】

1. 盘点四大顶级Java编程工具
2. 简述Java语言的对象克隆特性
3. 用Java语言进行Unicode代理编程
4. 分裂与妥协 IBM的Java平台策略简析