Rust USDT探针实现库usdt-impl的使用，高性能动态追踪与系统级调试工具

概述

usdt crate 允许在 Rust 代码中使用静态定义的 DTrace 探针。用户可以用 D 语言或直接在 Rust 代码中编写提供者(provider)定义，然后将提供者的探针编译成触发探针的 Rust 代码。这些探针可以通过 dtrace 命令行工具查看。

使用方式

有三种将 D 探针定义转换为 Rust 代码的机制：

1. 使用 build.rs 脚本
2. 使用函数式 procedural macro usdt::dtrace_provider
3. 使用 attribute macro usdt::provider

三种方式生成的代码相同，但第三种方式比前两种更灵活，支持任何实现了 serde::Serialize 类型的探针参数。

示例代码

1. 使用 build.rs 脚本的示例

首先创建一个 D 脚本 test.d：

provider my_provider {
    probe start_work(uint8_t);
    probe stop_work(char*, uint8_t);
};

然后使用 build 脚本：

use usdt::Builder;

fn main() {
    Builder::new("test.d").build().unwrap();
}

这会在 OUT_DIR 目录生成包含探针宏的 Rust 文件 test.rs。

使用探针的 Rust 代码示例：

// 使用 usdt crate 的示例，通过 build 脚本生成探针
use std::thread::sleep;
use std::time::Duration;
use usdt::register_probes;

// 包含 build 脚本生成的 Rust 实现
include!(concat!(env!("OUT_DIR"), "/test.rs"));

fn main() {
    let duration = Duration::from_secs(1);
    let mut counter: u8 = 0;

    // 必须调用此函数才能在 DTrace 中注册探针
    register_probes().unwrap();

    loop {
        // 调用接受 u8 的 "start_work" 探针
        my_provider::start_work!(|| (counter));

        // 模拟工作
        sleep(duration);

        // 调用接受 &str 和 u8 的 "stop_work" 探针
        my_provider::stop_work!(|| ("the probe has fired", counter));

        counter = counter.wrapping_add(1);
    }
}

2. 使用 procedural macro 的示例

dtrace_provider!("test.d");

3. 使用 attribute macro 的示例

#[derive(serde::Serialize)]
pub struct Arg {
    val: u8,
    data: Vec<String>,
}

#[usdt::provider]
mod my_provider {
    use crate::Arg;
    fn my_probe(_: &Arg) {}
}

在 DTrace 脚本中可以这样查看数据：

dtrace -n 'my_probe* { printf("%s", json(copyinstr(arg0), "ok.val")); }'

完整示例

下面是一个更完整的使用 attribute macro 的示例：

// 引入必要的依赖
use serde::Serialize;
use usdt::register_probes;

// 定义可序列化的探针参数结构体
#[derive(Serialize)]
struct WorkStatus {
    id: u64,
    progress: f32,
    message: String,
}

// 定义 USDT 提供者模块
#[usdt::provider]
mod work_provider {
    use crate::WorkStatus;
    
    // 定义工作开始探针
    fn work_started(status: &WorkStatus) {}
    
    // 定义工作完成探针
    fn work_completed(status: &WorkStatus, result: i32) {}
}

fn main() {
    // 注册探针(必须调用)
    register_probes().unwrap();
    
    let mut id = 0;
    loop {
        id += 1;
        
        // 创建工作状态
        let status = WorkStatus {
            id,
            progress: 0.0,
            message: "Starting work".to_string(),
        };
        
        // 触发工作开始探针
        work_provider::work_started!(|| (status));
        
        // 模拟工作
        let result = do_work(id);
        
        // 更新工作状态
        let status = WorkStatus {
            id,
            progress: 1.0,
            message: format!("Work completed with result {}", result),
        };
        
        // 触发工作完成探针
        work_provider::work_completed!(|| (status, result));
    }
}

// 模拟工作函数
fn do_work(id: u64) -> i32 {
    // 简单模拟工作逻辑
    (id % 10) as i32
}

注意事项

1. 必须调用 usdt::register_probes() 才能注册探针
2. 探针宏使用闭包参数，只有探针启用时才会评估参数
3. 需要 Rust 1.59 或更高版本(或启用 nightly 的 asm 特性)
4. 在 macOS 上需要 Rust 1.66 或更高版本(或启用 asm_sym 特性)

这个库为 Rust 提供了强大的动态追踪能力，可以用于性能分析、调试和系统监控等场景。