DKapture（Deepin Kernel Capture）是一个用户空间工具集和动态库，用于观察和操作内核的数据对象或行为。对标业界标杆工具sysdig和systemtap，但实现的方式截然不同，DKapture是基于Linux内核新兴的eBPF技术，相对sysdig和systemtap基于内核模块的技术，eBPF技术更安全。
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- 网络信息采集：每进程套接字使用信息，套接字元组信息，每进程网络流量统计。
- 文件系统信息采集：文件vfs事件跟踪，文件描述符IO内容跟踪，挂载事件监听。
- 进程信息采集：procfs节点信息访问优化，提供高性能的进程信息访问接口，相对procfs节点接口提升超过1个数量级。
- IO信息采集：每设备IO流量，每进程IO流量。
- 系统调用信息采集。
- 调度信息采集：进程切换跟踪，进程唤醒，运行队列等信息采集。
- 中断信息采集：缺页中断，软中断，tasklet，及部分硬中断。
- 内存信息采集：内核内存泄漏。
- 网络包过滤：支持按网络4元组信息对网络数据包进行过滤。
- 文件管控：支持监控和限制系统用户对文件的访问、删除。
- build: 动态生成，存放项目构建过程中生成的文件。
- docs: 存放文档。
- include: 存放编译时使用的源代码头文件。
- filter: 存放作为过滤器的 eBPF 源代码。
- observe: 存放作为观察器的 eBPF 源代码。
- policy: 存放策略相关代码。
- script: 存放用于提高工作效率的脚本。
- test：单元测试用例代码。
- so：动态库核心代码。
- demo：示例使用libdkapture.so动态库查询系统信息的例子。
- tools：工具目录，用于完成单元测试需要的功能。
- 内核 bpf 代码：[名称].bpf.c，BPF程序统一放在单独的子仓库当中.
- 用户空间代码：[名称].cpp
只需将这两个源文件放在同一目录中（filter、observe 或 policy）
- 系统: Deepin 23, Deepin 25, UOS 25 专业版
- 内核：6.6.0以上，且编译选项开启BPF、BTF相关配置：
CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=y CONFIG_BPF=y CONFIG_HAVE_EBPF_JIT=y CONFIG_BPF_SYSCALL=y CONFIG_BPF_JIT=y CONFIG_BPF_LSM=y CONFIG_CGROUP_BPF=y CONFIG_NETFILTER_BPF_LINK=y CONFIG_BPF_EVENTS=y
- 架构：x86_64、ARM64、Loong64、sw64。
- 编译工具：
sudo apt install build-essential clang llvm libbpf-dev bpftool
# 克隆项目
git clone https://github.com/DKapture/libdkapture
cd libdkapture
git submodule update --init --recursive --depth 1
# 完整构建所有模块
make all# 构建bpf字节码（必需的第一步）
make bpf
# 构建观察工具模块
make observe
# 构建过滤器模块
make filter
# 构建策略模块
make policy
# 构建动态库
make so
# 构建示例程序
make demo
# 构建测试程序
make test# 构建单个观察工具
make observe/bio-stat
make observe/lsock
make observe/trace-file
# 构建单个过滤器
make filter/net-filter
make filter/rm-forbid
# 构建单个策略
make policy/frtp构建完成后，以下目录包含可执行文件：
build/observe/- 系统观察工具build/filter/- 网络和文件过滤器build/policy/- 访问控制策略工具
build/so/libdkapture.so- 核心动态库，提供 API 接口
build/demo/demo- 演示如何使用 libdkapture.so
# 清楚所有非生存头文件构建产物
make clean
# 清理所有构建产物
make distclean
# 清理特定模块
make observe/clean
make filter/clean
make so/clean# 使用提供的脚本构建 DEB 包
./script/build-deb.sh
# 生成的包文件：dkapture_1.0.0_<arch>.deb# 安装
sudo dpkg -i dkapture_1.0.0_<arch>.deb
# 修复依赖问题
sudo apt-get install -f
# 卸载
sudo dpkg -r dkapture# 检查可执行文件
ls -la /usr/bin/dk-*# 测试动态库
ldd /usr/lib/libdkapture.so
# 运行示例程序
dk-demo
# 测试单个工具
sudo dk-bio-stat
sudo dk-lsock| 名称 | 功能简述 | 独占功能 （30%） | 与sysdig交叉功能 （60%） | 与systemtap交叉功能 （40%） |
|---|---|---|---|---|
| bio-stat | 统计每进程每磁盘的块IO请求数、字节数、平均耗时等 | v_io_by_type.lua v_slow_io.lua fdtime_by.lua fdbytes_by.lua | io_submit.stp ioblktime.stp iodevstats.stp iostats.stp iotime.stp iotop.stp biolatency-nd.stp | |
| ext4snoop | 跟踪ext4文件系统的操作事件（如创建、删除、写入等） | |||
| lsof | 查询指定文件当前被哪些进程/线程占用 | 部分独占 | lsof.lua | |
| hrtimer | 跟踪高精度定时器相关的系统调用和事件 | 独占 | ||
| irqsnoop | 跟踪中断件事件，包括软中断和设备中断 | 部分独占 | interrupts-by-dev.stp | |
| lscgroup | 展示cgroup（控制组）的层级、属性和进程归属关系 | 独占 | ||
| lsock | 跟踪和展示进程socket的创建、连接、关闭等操作 | 部分独占 | netstat.lua topconns.lua v_incoming_connections.lua v_port_bindings.lua | connect_stat.stp socktop tcp_connections.stp tcp_trace.stp tcpdumplike.stp tcpipstat.stp |
| mountsnoop | 跟踪mount、umount、fs相关系统调用及参数 | 部分独占 | enospc.stp fslatency-nd.stp | |
| net-traffic | 统计和跟踪进程/系统的网络流量 | spy_ip.lua spy_port.lua | nettop.stp accept2close-nd.stp | |
| peek-fd | 监控进程文件描述符的读写数据 | iobytes_file.lua iobytes_net.lua iobytes.lua stderr.lua stdin.lua stdout.lua | ||
| proc-info | 采集进程的stat、io、fd、traffic等/proc相关信息 | 部分独占 | proc_exec_time.lua v_procs_cpu.lua v_procs_errors.lua v_procs_fd_usage.lua v_procs.lua v_syscall_procs.lua | chng_cpu.stp proc_snoop.stp proctop.stp |
| ps | 类似ps命令，展示进程/线程的详细状态信息 | ps.lua | ||
| run-queue | 展示每个CPU的运行队列及其上的进程 | 部分独占 | v_threads.lua | |
| spinlock_ob | 跟踪内核自旋锁的获取与释放，分析锁竞争 | bkl_stats.stp schedtimes.stp | ||
| switch_count | 统计进程/线程的上下文切换次数 | sched-latency.stp | ||
| syscall-stat | 统计进程/系统的系统调用频率、耗时、错误等 | v_syscalls.lua bottlenecks.lua | syscallbypid-nd.stp syscalls_by_pid.stp syscalls_by_proc.stp | |
| trace-exec | 跟踪进程的exec链，分析进程启动关系 | execsnoop-nd.stp forktracker.stp pstrace_exec.stp | ||
| trace-file | 跟踪文件操作（如open/close/read/write等）及其详细参数 | spy_file.lua v_file_opens.lua v_files.lua | inodewatch.stp opensnoop-nd.stp rwtime-nd.stp | |
| trace-signal | 跟踪信号的发送、接收、处理过程 | killsnoop-nd.stp sig_by_pid.stp sig_by_proc.stp sigkill.stp sigmon.stp | ||
| urblat | 跟踪USB请求块（URB）的延迟 | 独占 | ||
| usb_ob | 跟踪USB子系统相关事件和统计信息 | 独占 | ||
| wakeup_count | 统计进程/线程的唤醒次数 | 独占 | ||
| xhci-snoop | 跟踪xHCI（USB 3.0控制器）相关的内核事件和操作 | 独占 | ||
| kmemleak | 检测和分析内核内存泄漏，打印可疑点函数调用堆栈 | gmalloc_watch.stp | ||
| pagefault | 跟踪和统计进程/系统的缺页异常事件 | v_page_faults.lua | pfaults.stp | |
| net-filter | 网络包过滤与抓包工具， 支持基于协议、IP、端口、进程名等多维度规则过滤 | udp_extract.lua | netfilter_drop.stp who_sent_it.stp packet_contents.stp | |
| rm-forbid | 文件误删防护工具，禁止删除被占用的文件。 | 独占 | ||
| frtp | 文件访问权限策略工具，基于eBPF实现细粒度的文件操作权限控制与审计 | 独占 |
测试条件
- 仅遍历读取/proc/[pid]/stat信息，作为示例。
- 循环遍历100次，间隔500us。
- 遍历的是系统的所有线程（非进程）。
遍历procfs文件节点（例如ps/top工具）
$ sudo strace -cf ./proc-read-test 100 1>/dev/null % time seconds usecs/call calls errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
34.41 0.991042 3 257483 read
32.73 0.942615 3 302186 2 openat
19.78 0.569749 1 302184 close
10.21 0.293955 3 89400 getdents64
2.83 0.081454 1 44706 newfstatat
0.04 0.001169 1 704 write
0.00 0.000000 0 37 others
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 2.879984 2 996708 4 totaldkapture优化方式
$ sudo strace -cf so/dkapture 100 1>/dev/null strace: Process 1542886 attached
% time seconds usecs/call calls errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
87.04 0.118218 76 1555 read
10.95 0.014872 118 125 3 bpf
0.80 0.001091 109 10 munmap
0.53 0.000720 13 53 mmap
0.30 0.000402 4 100 clock_nanosleep
0.28 0.000381 2 132 close
0.03 0.000045 7 6 mremap
0.02 0.000025 25 1 clone3
0.01 0.000013 2 5 rt_sigprocmask
0.01 0.000011 0 13 openat
0.01 0.000007 0 13 mprotect
0.00 0.000000 0 37 others
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 0.135814 65 2060 5 total测试参数
- 文件操作次数: 1000
- 预期总事件数: 2000 (每次操作产生一个read和一个write事件)
测试结果
| 工具 | 总耗时(秒) | 收集事件数 | 事件采集率 | 每秒处理事件数 | 每秒文件操作数 |
|---|---|---|---|---|---|
| dkapture | 6.13 | 1992 | 0.99x | 324.80 | 163.13 |
| sysdig | 7.94 | 1984 | 0.99x | 249.89 | 125.94 |
| systemtap | 11.75 | 2000 | 1.00x | 170.21 | 85.10 |
指标说明
- 事件采集率：实际收集的事件数/预期事件数
- 每秒处理事件数：实际收集的事件数/总耗时
- 每秒文件操作数：完成的文件操作次数/总耗时