Python 探针实现原理

本文将简单讲述一下 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))

image.png

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

image.png

实现一个agent

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()

转自：
https://mozillazg.com/2016/04/apm-python-agent-principle.html

Python 探针实现原理

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