非常干货:Python 探针实现原理

作者:神秘网友 发布时间:2021-02-28 13:20:00

非常干货:Python 探针实现原理



本文呢,将简单讲述一下 Python 探针的实现原理。同时为了验证这个原理,我们也会一起来实现一个简单的统计指定函数执行时间的探针程序。

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
module 'sys' (built-in)
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)
    return n

if __name__ == '__main__':
    func = func_wrapper(sleep)
    print(func(3))

执行结果:

$ python func_wrapper.py
start func
spent 3.004966974258423s
3

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)
    return 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

测试代码:

 import hook
 import hello
find_module hello
load_module hello

 hello.sleep(3)
start func
spent 3.0029919147491455s
3

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) :

$ tree
.
├── 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=.
$ python
this is sitecustomize       ----
this is usercustomize       ----
Python 3.5.1 (default, Dec 24 2015, 17:20:27)
[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) 。
目录结构:

$ tree
.
├── hello.py
├── hook.py
├── sitecustomize.py

sitecustomize.py:

$ cat sitecustomize.py
import hook

结果:

$ export PYTHONPATH=.
$ python
find_module usercustomize
Python 3.5.1 (default, Dec 24 2015, 17:20:27)
[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 3.005002021789551s
3

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。

agent

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
$ tree
.
├── 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:

import os
import sys

current_dir = os.path.dirname(os.path.realpath(__file__))
boot_dir = os.path.join(current_dir, 'bootstrap')

def main():
    args = sys.argv[1:]
    os.environ['PYTHONPATH'] = boot_dir
    # 执行后面的 python 程序命令
    # sys.executable 是 python 解释器程序的绝对路径 ``which python``
    #  sys.executable
    # '/usr/local/var/pyenv/versions/3.5.1/bin/python3.5'
    os.execl(sys.executable, sys.executable, *args)

if __name__ == '__main__':
    main()

test.py 的内容为:

$ cat test.py
import sys
import hello

print(sys.argv)
print(hello.sleep(3))

使用方法:

$ python agent.py test.py arg1 arg2
find_module usercustomize
find_module hello
load_module hello
['test.py', 'arg1', 'arg2']
start func
spent 3.005035161972046s
3

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。

文中的代码:https://github.com/mozillazg/apm-python-agent-principl

非常干货:Python 探针实现原理 相关文章

  1. 【python3.x】发送自动化测试报告邮件

    ?SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)即简单邮件传输协议,它是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则,由它来控制信件的中转方式。python的 smtplib 提供了一种很方便的途径发送电子邮件。它对smtp协议进行了简单的封装。 ?python发邮件主要需要两个

  2. Python基础语法函数

    函数是什么 Python中的函数与数学中的函数不同,它不再只是公式,而是实实在在有着自己特定功能的代码。其实在潜移默化中我们已经有所接触了。 比如print()函数,range()函数,type()函数等。 函数各式各样,或简单或复杂,但其本质却好是相通的:给函数一些

  3. Python爬虫〇七———数据解析之XPATH的使用

    今天来总结最后一种说句解析的方式——XPath。 XPath是一门在XML文档中查找信息的语言,用于在XML文档中通过元素和属性进行导航。 XPath简介 下面来简单介绍一下XPath。 XPath的特点 XPath使用路径表达式在XML文档中进行导航 XPath包含一个标准函数库 XPath

  4. Python - lambda 匿名函数

    说匿名函数之前,先来回归一下 函数的语法格式: def 函数名([形式参数1, 形式参数2, ....., 形式参数n]): 函数体 当函数中只有一行return语句时,函数的定义可以用一个lambda表达式来代替。 lambda的语法格式: lambda [形式参数1, 形式参数2, ....., 形式

  5. python进阶(12)闭包

    闭包 首先了解一下:如果在一个函数的内部定义了另一个函数,外部的我们叫他外函数,内部的我们叫他内函数。 在一个外函数中定义了一个内函数,内函数里运用了外函数的 临时变量 ,并且外函数的返回值是内函数的引用。这样就构成了一个闭包。 一般情况下,在

  6. python进阶(13)装饰器

    装饰器 装饰器放在一个函数开始定义的地方,它就像一顶帽子一样戴在这个函数的头上。和这个函数绑定在一起。在我们调用这个函数的时候,第一件事并不是执行这个函数,而是将这个函数做为参数传入它头顶上这顶帽子,这顶帽子我们称之为 装饰器 。 装饰器的功

  7. Code-Server 安装Python插件无法启动解决办法

    code-server code-server基于VScode的在线IDE,一般部署在服务器,方便客户端在线访问 Github地址:https://github.com/cdr/code-server 云端部署 云端部署全部正常 Linux服务器版本: CentOS 8 server 服务器厂商: 阿里云 , Vultr Code-server版本: V3.7 , V3.

  8. python邮件发送封装类

    import os import smtplib from email.mime.text import MIMEText from email.mime.multipart import MIMEMultipart from common.config import configs class EmaliUtils: def __init__(self,smtp_body, attch_path =None): self.smtp_server = 'smtp.qq.co

  9. python 使用pymysql上传excel数据

    from django.shortcuts import render, HttpResponse from Day72bbs.settings import MEDIA_ROOT from docxtpl import DocxTemplate import os import xlrd MEDIA_ROOT 在 settings.py 中的设置为 MEDIA_URL='/doctemplates/' MEDIA_ROOT = os.path.join(BAS

  10. 数据库之存储过程

    存储过程 1.什么是存储过程 存储过程就类似于python中的自定义的函数,它的内部包含了一系列可以执行的sql语句,存储过程存放于mysql服务端中,你可以直接通过调用存储过程触发内部sql语句的执行 2.存储过程的基本使用 procedure /pr??si?d??(r) 程序, 过程 --

每天更新java,php,javaScript,go,python,nodejs,vue,android,mysql等相关技术教程,教程由网友分享而来,欢迎大家分享IT技术教程到本站,帮助自己同时也帮助他人!

Copyright 2020, All Rights Reserved. Powered by 跳墙网(www.tqwba.com)|网站地图|关键词