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游戏目标:消灭所有敌人吧!
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水陆突击队游戏目标消灭所有敌人吧!
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探针的实现主要涉及以下几个知识点:
sys.meta_path
sitecustomize.py
sys.meta_path
sys.meta_path 这个简单的来说就是可以实现 import hook 的功能,
当执行 import 相关的操作时,会触发 sys.meta_path 列表中定义的对象。
关于 sys.meta_path 更详细的资料请查阅 python 文档中 sys.meta_path 相关内容以及
PEP 0302 。
sys.meta_path 中的对象需要实现一个 find_module 方法,
这个 find_module 方法返回 None 或一个实现了 load_module 方法的对象
(代码可以从 github 上下载 part1) :
import sys
class MetaPathFinder:
def find_module(self, fullname, path=None):
print('find_module {}'.format(fullname))
return MetaPathLoader()
class MetaPathLoader:
def load_module(self, fullname):
print('load_module {}'.format(fullname))
sys.modules[fullname] = sys
return sys
sys.meta_path.insert(0, MetaPathFinder())
if __name__ == '__main__':
import http
print(http)
print(http.version_info)
load_module 方法返回一个 module 对象,这个对象就是 import 的 module 对象了。
比如我上面那样就把 http 替换为 sys 这个 module 了。
$ python meta_path1.py
find_module http
load_module http
sys.version_info(major=3, minor=5, micro=1, releaselevel='final', serial=0)
通过 sys.meta_path 我们就可以实现 import hook 的功能:
当 import 预定的 module 时,对这个 module 里的对象来个狸猫换太子,
从而实现获取函数或方法的执行时间等探测信息。
上面说到了狸猫换太子,那么怎么对一个对象进行狸猫换太子的操作呢?
对于函数对象,我们可以使用装饰器的方式来替换函数对象(代码可以从 github 上下载 part2) :
import functools
import time
def func_wrapper(func):
@functools.wraps(func)
def wrapper(*args, **kwargs):
print('start func')
start = time.time()
result = func(*args, **kwargs)
end = time.time()
print('spent {}s'.format(end - start))
return result
return wrapper
def sleep(n):
time.sleep(n)
if __name__ == '__main__':
func = func_wrapper(sleep)
print(func(3))
$ python func_wrapper.py
start func
spent 3.423s
下面我们来实现一个计算指定模块的指定函数的执行时间的功能(代码可以从 github 上下载 part3) 。
假设我们的模块文件是 hello.py:
import time
def sleep(n):
time.sleep(n)
我们的 import hook 是 hook.py:
import functools
import importlib
import sys
import time
_hook_modules = {'hello'}
class MetaPathFinder:
def find_module(self, fullname, path=None):
print('find_module {}'.format(fullname))
if fullname in _hook_modules:
return MetaPathLoader()
class MetaPathLoader:
def load_module(self, fullname):
print('load_module {}'.format(fullname))
# ``sys.modules`` 中保存的是已经导入过的 module
if fullname in sys.modules:
return sys.modules[fullname]
# 先从 sys.meta_path 中删除自定义的 finder
# 防止下面执行 import_module 的时候再次触发此 finder
# 从而出现递归调用的问题
finder = sys.meta_path.pop(0)
# 导入 module
module = importlib.import_module(fullname)
module_hook(fullname, module)
sys.meta_path.insert(0, finder)
return module
sys.meta_path.insert(0, MetaPathFinder())
def module_hook(fullname, module):
if fullname == 'hello':
module.sleep = func_wrapper(module.sleep)
def func_wrapper(func):
@functools.wraps(func)
def wrapper(*args, **kwargs):
print('start func')
start = time.time()
result = func(*args, **kwargs)
end = time.time()
print('spent {}s'.format(end - start))
return result
return wrapper
&&& import hook
&&& import hello
find_module hello
load_module hello
&&& hello.sleep(3)
start func
spent 3.1455s
其实上面的代码已经实现了探针的基本功能。不过有一个问题就是上面的代码需要显示的
执行 import hook 操作才会注册上我们定义的 hook。
那么有没有办法在启动 python 解释器的时候自动执行 import hook 的操作呢?
答案就是可以通过定义 sitecustomize.py 的方式来实现这个功能。
sitecustomize.py
简单的说就是,python 解释器初始化的时候会自动 import PYTHONPATH 下存在的 sitecustomize 和 usercustomize 模块:
实验项目的目录结构如下(代码可以从 github 上下载 part4)
├── sitecustomize.py
└── usercustomize.py
sitecustomize.py:
$ cat sitecustomize.py
print('this is sitecustomize')
usercustomize.py:
$ cat usercustomize.py
print('this is usercustomize')
把当前目录加到 PYTHONPATH 中,然后看看效果:
$ export PYTHONPATH=.
this is sitecustomize
this is usercustomize
Python 3.5.1 (default, Dec 24 :27)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 7.0.2 (clang-700.1.81)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
可以看到确实自动导入了。所以我们可以把之前的探测程序改为支持自动执行 import hook (代码可以从 github 上下载part5) 。
├── hello.py
├── hook.py
├── sitecustomize.py
sitecustomize.py:
$ cat sitecustomize.py
import hook
$ export PYTHONPATH=.
find_module usercustomize
Python 3.5.1 (default, Dec 24 :27)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 7.0.2 (clang-700.1.81)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
find_module readline
find_module atexit
find_module rlcompleter
&&& import hello
find_module hello
load_module hello
&&& hello.sleep(3)
start func
spent 3.551s
不过上面的探测程序其实还有一个问题,那就是需要手动修改 PYTHONPATH 。 用过探针程序的朋友应该会记得, 使用 newrelic 之类的探针只需要执行一条命令就 可以了: newrelic-admin run-program python hello.py 实际上修改PYTHONPATH 的操作是在 newrelic-admin 这个程序里完成的。
下面我们也要来实现一个类似的命令行程序,就叫 agent.py 吧。
还是在上一个程序的基础上修改。先调整一个目录结构,把 hook 操作放到一个单独的目录下, 方便设置 PYTHONPATH后不会有其他的干扰(代码可以从 github 上下载 part6 )。
$ mkdir bootstrap
$ mv hook.py bootstrap/_hook.py
$ touch bootstrap/__init__.py
$ touch agent.py
├── bootstrap
├── __init__.py
├── _hook.py
└── sitecustomize.py
├── hello.py
├── test.py
├── agent.py
bootstrap/sitecustomize.py 的内容修改为:
$ cat bootstrap/sitecustomize.py
import _hook
agent.py 的内容如下:
&span class="kn"&import&/span& &span class="nn"&os&/span&
&span class="kn"&import&/span& &span class="nn"&sys&/span&
&span class="n"&current_dir&/span& &span class="o"&=&/span& &span class="n"&os&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&path&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&dirname&/span&&span class="p"&(&/span&&span class="n"&os&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&path&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&realpath&/span&&span class="p"&(&/span&&span class="n"&__file__&/span&&span class="p"&))&/span&
&span class="n"&boot_dir&/span& &span class="o"&=&/span& &span class="n"&os&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&path&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&join&/span&&span class="p"&(&/span&&span class="n"&current_dir&/span&&span class="p"&,&/span& &span class="s"&'bootstrap'&/span&&span class="p"&)&/span&
&span class="k"&def&/span& &span class="nf"&main&/span&&span class="p"&():&/span&
&span class="n"&args&/span& &span class="o"&=&/span& &span class="n"&sys&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&argv&/span&&span class="p"&[&/span&&span class="mi"&1&/span&&span class="p"&:]&/span&
&span class="n"&os&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&environ&/span&&span class="p"&[&/span&&span class="s"&'PYTHONPATH'&/span&&span class="p"&]&/span& &span class="o"&=&/span& &span class="n"&boot_dir&/span&
&span class="c"&# 执行后面的 python 程序命令&/span&
&span class="c"&# sys.executable 是 python 解释器程序的绝对路径 ``which python``&/span&
&span class="c"&# &&& sys.executable&/span&
&span class="c"&# '/usr/local/var/pyenv/versions/3.5.1/bin/python3.5'&/span&
&span class="n"&os&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&execl&/span&&span class="p"&(&/span&&span class="n"&sys&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&executable&/span&&span class="p"&,&/span& &span class="n"&sys&/span&&span class="o"&.&/span&&span class="n"&executable&/span&&span class="p"&,&/span& &span class="o"&*&/span&&span class="n"&args&/span&&span class="p"&)&/span&
&span class="k"&if&/span& &span class="n"&__name__&/span& &span class="o"&==&/span& &span class="s"&'__main__'&/span&&span class="p"&:&/span&
&span class="n"&main&/span&&span class="p"&()&/span&
test.py 的内容为:
$ cat test.py
import sys
import hello
print(sys.argv)
print(hello.sleep(3))
$ python agent.py test.py arg1 arg2
find_module usercustomize
find_module hello
load_module hello
['test.py', 'arg1', 'arg2']
start func
spent 3.046s
至此,我们就实现了一个简单的 python 探针程序。当然,跟实际使用的探针程序相比肯定是有 很大的差距的,这篇文章主要是讲解一下探针背后的实现原理。
如果大家对商用探针程序的具体实现感兴趣的话,可以看一下国外的 New Relic 或国内的 OneAPM, TingYun 等这些 APM 厂商的商用 python 探针的源代码,相信你会发现一些很有趣的事情。
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