Linux平台下如何不阻塞地跟踪运行中用户进程的实时函数调用

1. eBPF 方案（首选，低开销、全量捕获支持） #

eBPF 是内核原生提供的 tracing 框架，无需依赖 ptrace，不会将目标进程置为暂停状态，常规使用场景下对目标进程的性能开销低于 5%，生产环境可直接使用。

• 针对特定函数跟踪：使用内核 uprobe（用户态函数探针）+ uretprobe（用户态函数返回探针），可以捕获指定函数的每次入栈、出栈操作，支持同时获取调用栈、参数、返回值等信息。
  示例（基于 bpftrace 工具，跟踪指定 PID 进程的 libc malloc 调用）：

  bpftrace -e 'uprobe:/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6:malloc /pid == 1234/ { printf("PID %d call malloc, size: %d\n", pid, arg0); }'
  

• 针对全函数调用栈抓取：配合 ustack 参数可以直接输出完整的用户态调用栈，也可以使用 bcc 工具集的现成工具 funccount、functrace 直接实现进程全函数调用跟踪。

2. PMU 采样方案（无侵入、低开销，适合热点排查） #

利用 CPU 硬件性能监控单元的采样能力，通过 Linux 原生 perf 工具实现无阻塞跟踪，完全不会干扰目标进程的运行。
示例（实时采样指定 PID 的用户态调用栈）：

# 实时查看调用栈热点
perf top -p 1234 -g -e cycles:u
# 记录10秒采样数据，事后分析全量调用栈
perf record -g -p 1234 -e cycles:u -- sleep 10 && perf script

注意：该方案为采样式实现，无法保证100%捕获每一次函数调用，适合排查性能热点、统计调用占比场景，不适合需要精确记录每次入栈出栈的场景。

3. 用户态插桩方案（灵活度高，适合自定义跟踪逻辑） #

如果需要自定义跟踪逻辑，不需要内核权限的场景可以选择该方案：

• 可提前重启目标进程时：使用 LD_PRELOAD 注入自定义钩子库，在钩子函数中实现入栈、出栈的日志记录，完全运行在用户态，对目标进程无额外阻塞开销。
• 无法重启目标进程时：使用 dyninst 工具集对运行中的进程进行动态指令插桩，仅在插入钩子时会短暂暂停进程一次，后续跟踪过程完全无阻塞，开销可控。

注意事项 #

• 所有跨进程跟踪方案都需要 root 权限才能访问目标进程的符号表、内存信息。
• 若需要精确捕获每一次函数调用，不要使用非同步的 /proc/pid/stack 遍历方案，会拿到不一致的栈数据，精度无法满足要求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ANTHONY