lldb/docs/use/intel_pt.rst

   1 Tracing with Intel Processor Trace
   2 ==================================
   3
   4 Intel PT is a technology available in modern Intel CPUs that allows efficient
   5 tracing of all the instructions executed by a process.
   6 LLDB can collect traces and dump them using its symbolication stack.
   7 You can read more here
   8 https://easyperf.net/blog/2019/08/23/Intel-Processor-Trace.
   9
  10 Prerequisites
  11 -------------
  12
  13 Confirm that your CPU supports Intel PT
  14 (see https://www.intel.com/content/www/us/en/support/articles/000056730/processors.html)
  15 and that your operating system is Linux.
  16
  17 Check for the existence of this particular file on your Linux system
  18
  19 ::
  20
  21   $ cat /sys/bus/event_source/devices/intel_pt/type
  22
  23 The output should be a number. Otherwise, try upgrading your kernel.
  24
  25
  26 Build Instructions
  27 ------------------
  28
  29 Clone and build the low level Intel PT
  30 decoder library [LibIPT library](https://github.com/intel/libipt).
  31 ::
  32
  33   $ git clone git@github.com:intel/libipt.git
  34   $ mkdir libipt-build
  35   $ cmake -S libipt -B libipt-build
  36   $ cd libipt-build
  37   $ make
  38
  39 This will generate a few files in the ``<libipt-build>/lib``
  40 and ``<libipt-build>/libipt/include`` directories.
  41
  42 Configure and build LLDB with Intel PT support
  43
  44 ::
  45
  46   $ cmake \
  47       -DLLDB_BUILD_INTEL_PT=ON \
  48       -DLIBIPT_INCLUDE_PATH="<libipt-build>/libipt/include" \
  49       -DLIBIPT_LIBRARY_PATH="<libipt-build>/lib" \
  50       ... other common configuration parameters
  51
  52 ::
  53
  54   $ cd <lldb-build> && ninja lldb lldb-server # if using Ninja
  55
  56
  57 How to Use
  58 ----------
  59
  60 When you are debugging a process, you can turn on intel-pt tracing,
  61 which will “record” all the instructions that the process will execute.
  62 After turning it on, you can continue debugging, and at any breakpoint,
  63 you can inspect the instruction list.
  64
  65 For example:
  66
  67 ::
  68
  69   lldb <target>
  70   > b main
  71   > run
  72   > process trace start # start tracing on all threads, including future ones
  73   # keep debugging until you hit a breakpoint
  74
  75   > thread trace dump instructions
  76   # this should output something like
  77
  78   thread #2: tid = 2861133, total instructions = 5305673
  79     libc.so.6`__GI___libc_read + 45 at read.c:25:1
  80       [4962255] 0x00007fffeb64c63d    subq   $0x10, %rsp
  81       [4962256] 0x00007fffeb64c641    movq   %rdi, -0x18(%rbp)
  82     libc.so.6`__GI___libc_read + 53 [inlined] __libc_read at read.c:26:10
  83       [4962257] 0x00007fffeb64c645    callq  0x7fffeb66b640            ; __libc_enable_asynccancel
  84     libc.so.6`__libc_enable_asynccancel
  85       [4962258] 0x00007fffeb66b640    movl   %fs:0x308, %eax
  86     libc.so.6`__libc_enable_asynccancel + 8
  87       [4962259] 0x00007fffeb66b648    movl   %eax, %r11d
  88
  89   # you can keep pressing ENTER to see more and more instructions
  90
  91 The number between brackets is the instruction index,
  92 and by default the current thread will be picked.
  93
  94 Configuring the trace size
  95 --------------------------
  96
  97 The CPU stores the instruction list in a compressed format in a ring buffer,
  98 which keeps the latest information.
  99 By default, LLDB uses a buffer of 4KB per thread,
 100 but you can change it by running.
 101 The size must be a power of 2 and at least 4KB.
 102
 103 ::
 104
 105   thread trace start all -s <size_in_bytes>
 106
 107 For reference, a 1MB trace buffer can easily store around 5M instructions.
 108
 109 Printing more instructions
 110 --------------------------
 111
 112 If you want to dump more instructions at a time, you can run
 113
 114 ::
 115
 116   thread trace dump instructions -c <count>
 117
 118 Printing the instructions of another thread
 119 -------------------------------------------
 120
 121 By default the current thread will be picked when dumping instructions,
 122 but you can do
 123
 124 ::
 125
 126   thread trace dump instructions <#thread index>
 127   #e.g.
 128   thread trace dump instructions 8
 129
 130 to select another thread.
 131
 132 Crash Analysis
 133 --------------
 134
 135 What if you are debugging + tracing a process that crashes?
 136 Then you can just do
 137
 138 ::
 139
 140   thread trace dump instructions
 141
 142 To inspect how it crashed! There's nothing special that you need to do.
 143 For example
 144
 145 ::
 146
 147     * thread #1, name = 'a.out', stop reason = signal SIGFPE: integer divide by zero
 148         frame #0: 0x00000000004009f1 a.out`main at main.cpp:8:14
 149       6       int x;
 150       7       cin >> x;
 151    -> 8       cout << 12 / x << endl;
 152       9       return 0;
 153       10  }
 154     (lldb) thread trace dump instructions -c 5
 155     thread #1: tid = 604302, total instructions = 8388
 156       libstdc++.so.6`std::istream::operator>>(int&) + 181
 157         [8383] 0x00007ffff7b41665    popq   %rbp
 158         [8384] 0x00007ffff7b41666    retq
 159       a.out`main + 66 at main.cpp:8:14
 160         [8385] 0x00000000004009e8    movl   -0x4(%rbp), %ecx
 161         [8386] 0x00000000004009eb    movl   $0xc, %eax
 162         [8387] 0x00000000004009f0    cltd
 163
 164 .. note::
 165   At this moment, we are not including the failed instruction in the trace,
 166   but in the future we might do it for readability.
 167
 168
 169 Offline Trace Analysis
 170 ----------------------
 171
 172 It's also possible to record a trace using a custom Intel PT collector
 173 and decode + symbolicate the trace using LLDB.
 174 For that, the command trace load is useful.
 175 In order to use trace load, you need to first create a JSON file with
 176 the definition of the trace session.
 177 For example
 178
 179 ::
 180
 181   {
 182     "type": "intel-pt",
 183     "cpuInfo": {
 184       "vendor": "GenuineIntel",
 185       "family": 6,
 186       "model": 79,
 187       "stepping": 1
 188     },
 189     "processes": [
 190       {
 191         "pid": 815455,
 192         "triple": "x86_64-*-linux",
 193         "threads": [
 194           {
 195             "tid": 815455,
 196             "iptTrace": "trace.file" # raw thread-specific trace from the AUX buffer
 197           }
 198         ],
 199         "modules": [ # this are all the shared libraries + the main executable
 200           {
 201             "file": "a.out", # optional if it's the same as systemPath
 202             "systemPath": "a.out",
 203             "loadAddress": 4194304,
 204           },
 205           {
 206             "file": "libfoo.so",
 207             "systemPath": "/usr/lib/libfoo.so",
 208             "loadAddress": "0x00007ffff7bd9000",
 209           },
 210           {
 211             "systemPath": "libbar.so",
 212             "loadAddress": "0x00007ffff79d7000",
 213           }
 214         ]
 215       }
 216     ]
 217   }
 218
 219 You can see the full schema by typing
 220
 221 ::
 222
 223   trace schema intel-pt
 224
 225 The JSON file mainly contains all the shared libraries that
 226 were part of the traced process, along with their memory load address.
 227 If the analysis is done on the same computer where the traces were obtained,
 228 it's enough to use the “systemPath” field.
 229 If the analysis is done on a different machines, these files need to be
 230 copied over and the “file” field should point to the
 231 location of the file relative to the JSON file.
 232 Once you have the JSON file and the module files in place, you can simple run
 233
 234 ::
 235
 236   lldb
 237   > trace load /path/to/json
 238   > thread trace dump instructions <optional thread index>
 239
 240 Then it's like in the live session case
 241
 242 References
 243 ----------
 244
 245 - Original RFC document_ for this feature.
 246 - Some details about how Meta is using Intel Processor Trace can be found in this blog_ post.
 247
 248 .. _document: https://docs.google.com/document/d/1cOVTGp1sL_HBXjP9eB7qjVtDNr5xnuZvUUtv43G5eVI
 249 .. _blog: https://engineering.fb.com/2021/04/27/developer-tools/reverse-debugging/