很少有人听过 DTrace，它是隐藏在 OS 中的小宝藏。DTrace 是强大的 debug 工具 – 因为它拥有极其灵活的特性，并且因为与其它工具差异很大而可能相对不那么有名。

许多时候你的 app 的真正的用户或测试人员会看到一些意外的行为。DTrace 可以让你无需重启 app 就能够在生产版本上回答关于 app 的任何问题。

动态追踪

大概 10 年前，Sun Microsystems 创建了 DTrace，它的名字是 Dynamic Trace 的缩写。2007 年底，苹果公司将它集成在自己的操作系统 中。

DTrace 是一个提供了 zero disable cost 的动态追踪框架，也就是说当代码中的探针关闭时，不会有额外的资源消耗 – 即使在生产版本中我们也可以将探针留在代码中。只有使用的时候才产生消耗。

DTrace 是动态的，也就是说我们可以将它附加在一个已经在运行的程序上，也可以不打断程序将它剥离。不需要重新编译或启动。

本文我们将重点介绍如何使用 DTrace 检查我们的程序，但值得注意的是 DTrace 是系统级的: 例如，一个单独的脚本可以观察到系统中所有进程的内存分配操作。可以查看 /usr/share/examples/DTTk 来深入了解一些非常好的例子。

OS X vs. iOS

正如你现在可能已经猜到的，DTrace 只能在 OS X 上运行。苹果也在 iOS 上使用 DTrace，用以支持像 Instruments 这样的工具，但对于第三方开发者，DTrace 只能运行于 OS X 或 iOS 模拟器。

在 Wire，即使我们被限制仅能在 iOS 模拟器上使用 DTrace，它也在 iOS 开发中非常有用。如果你读到本文并且认为在 iOS 设备上支持 DTrace 是个好提议，请提交 enhancement request 给苹果。

探针和脚本

DTrace 有两部分：DTrace 探针，及附加在上面的 DTrace 脚本。

探针

你可以将内置 (所谓静态的) 探针加入代码中。IA 探针看起来和普通的 C 函数非常相似。在 Wire，我们的同步代码有一个内部状态机器，我们定义了如下两个探针：

探针被分组成所谓的 providers。参数 int 是正要进入的状态。在我们的 Objective-C (或 Swift) 代码中，简单的插入以下代码即可：

我们后面会讨论如何整合并且把流程说清楚一些。

脚本

现在我们可以编写一个 DTrace 小脚本来展示状态转变：

(后面我们会详细展示 DTrace 脚本如何工作。)

如果将 DTrace 保存进 state.d，接下来我们可以使用 dtrace(1) 命令行工具 来运行它：

我们可以看到:

正如我们所预期的，并没什么让人激动的。最后使用 ^C 可以退出 DTrace。

一个定时例子

因为 DTrace 消耗非常小，所以非常适合用来测试性能 – 即使需要测试的时间非常短。DTrace 中的时间单位是纳秒。

如果扩展上面的小例子，我们可以输出每个状态所花费的时间:

这些代码会输出:

脚本中有些新东西。dtrace:::BEGIN 语句在脚本开始时运行。脚本退出时有一个相应的 END。

我们还给第一个探针增加了一个断言 (predicate)，/ last_state_timestamp != 0 /。

最后我们使用全局变量来追踪最后的状态，以及什么时候进入该状态。

内置的 walltimestamp 变量返回当前时间相对于 Unix epoch 时间以来的纳秒数。

还有一个虚拟的单位为纳秒的时间戳变量，vtimestamp。它表示当前的线程在 CPU 上运行的时间减去在 DTrace 上花费的时间。最后，machtimestamp 对应 mach_absolute_time()。

对于上面的脚本，执行的顺序非常重要。我们有两个所谓的语句对应同一个探针，(syncengine_sync*:::strategy_go_to_state)。它们会按照在 D 程序中出现的顺序执行。

结合系统探针

操作系统，尤其是 kernel，提供了数以千计的探针，被分成不同的提供者 (provider) 组。其中的很多在 Oracle 的 DTrace 文档中可以找到。

通过下面的脚本，我们可以用 ip 提供者中的 send 探针来检查转换到下一个状态之前通过网络发送了多少字节：

这次我们的目标为某个特定的进程 – ip:::send 会匹配系统的所有进程，而我们只对 Wire 进程感兴趣。我们运行如下的脚本：

这里 198 是进程标识 (亦称 PID)。我们可以在活动监视器这个 app 中找到这个数字，或者使用 ps(1) 命令行工具。

我们会得到:

D 语言

注意：这不是W. Bright 和 A. Alexandrescu 的 D 语言。

D 语言的大部分跟 C 语言都非常相似，但总体架构是不同的。每一个 Dtrace 脚本由多个所谓的探针语句组成。

在上面的例子中，我们已经看到了一些这种探针语句。它们都符合如下的形式:

断言 (predicate) 和动作语句 (action statement) 部分都是可选的。

探针描述

探针描述定义了语句匹配什么探针。所有的部分都可以省略，形式如下：

例如，syscall::: 匹配所有 syscall 提供者的探针。我们可以使用 * 匹配任何字符串，例如 syscall::*lwp*:entry 匹配所有syscall 提供者的 entry，并且函数名字包含 lwp 的探针。

一个探针描述可以包含多个探针，例如:

断言

当动作语句开始运行时我们可以使用断言来限制。当触发特定的探针时断言会被计算。如果断言结果为非 0，action statements 将会运行，这和 C 语言中的 if 语句类似。

我们可以使用不同的断言来判断同一个探针多次。如果有多个匹配，它们将会按照在 D 程序中的出现的顺序执行。

动作

动作包含在花括号中。D 语言是轻量，精悍而且简单的语言。

D 不支持控制流，比如循环和分支。我们不能定义任何用户函数。变量定义也是可选的。

这限制了我们能做的事情。但是一旦知道了一些常见的模式，这种简单也给了我们很多灵活性，我们将在下一节详细讨论。在 D Programming Language 的指南中可以查看更多的细节。

常见 D 语言模式

下面的例子会给让我们认识一些我们能做的事情。

这个例子统计了 App Store 应用在 syscall (也就是一个系统调用，或对 kernel 中进行的调用) 中累计使用的时间。