[Python-de] Tracing der Funktionsaufrufe in Python

[Christian Junker]

Hallo Stefan,

ich bin beruflich sehr stark auf Windows NT unterwegs. In den
industriellen Großprojekten im PDM/PLM Umfeld besteht zum einen die
Transition von kommerziellen Unix Servern, wie Solaris, hin zu Linux,
zum anderen ist der Betrieb von Windows Server Distributionen häufig
anzutreffen (besonders für neuere Projekte im Mittelstand (KMU), z.B.
einer PLM Systemeinführung, wo es evt. keine Unix/Linux
Administratoren gibt). Insofern sind mir das ein oder andere Mal die
Hände gebunden, wenn es um Monitoring und Profiling Werkzeuge geht,
die die Interna der Software sichtbar machen. Das einzige Tool, das
ich unter Windows als Sampling Profiler nützlich finde, ist
verysleepy. Es funktioniert allerdings nicht so gut für den Python
Interpreter.

Die Gründe für meine Anfrage sind unterschiedlicher Natur:
Zum einen geht es ganz konkret um ein besseres Verständnis der Python
C API, auch weil ich zu den großen PLM APIs kein direktes Python
Binding habe. Ich kann mir Python hier nicht nur als
Automatisierungstool für große Datenmigrationen vorstellen, sondern
auch als Test Framework, um gewisse Grundfunktionalitäten des oftmals
stark gecustomizeten/erweiterten Systems effizient testen zu können.
Vor einiger Zeit hatte ich solch ein Toolkit begonnen, damals mit
cffi.

Zum anderen ist es der Reiz auch für Python hinter die Bühne zu sehen.
Ich teile die Meinung nicht, dass man aus Gründen der Komplexität die
Finger von C Extensions lassen sollte, auch wenn Cython und boost
python sicher ihren Charme haben. Ich kann mir auch gut vorstellen,
dass die so ermöglichte Transparenz für Schulungszwecke genutzt werden
kann, um Studenten neben Python auch C als wichtige Programmiersprache
zu vermitteln. Dass der Python-Interpreter im debug Modus so viel
ausdruckt, aber den Call Stack in C nicht, kann ich jedenfalls nicht
verstehen.

Ein weiterer Punkt dürfte all jene betreffen, die Python in ihrer C++
Applikation embedden möchten. Ich habe mit cffi, ctypes und anderen
Modulen z.B. das Problem, dass ich wrapper Funktionen in C
implementieren muss, weil ich C++ Klassen und Methoden nicht direkt
nutzen kann.

BTW: Käme es nicht auch der Entwicklung des Cython Cores entgegen?
Schließlich muss der ja die Python Skripte in C Code umwandeln. Und
das geht ja an vielen Stellen nur durch ein tiefes Wissen über die
Python C API. Statt hierfür ständig auf externe Tools wie callgrind
zurückgreifen zu müssen, wäre es doch für den typischen iterativen
Round Trip an Entwicklungsaufgaben schöner, die C Funktionen direkt im
Interpreter zu sehen, sobald man eine Funktion interaktiv aufruft.


Am 3. November 2016 um 20:32 schrieb Stefan Behnel <python-de at behnel.de>:
> Hallo Christian!
>
> Christian Junker schrieb am 03.11.2016 um 11:57:
>> ich interessiere mich dafür, welche Python Funktion/Methode welche C
>> Funktionen im Kern des CPython Interpreters aufruft (voller Call
>> Stack) und zusätzlich auch für das Profiling dieser C Funktionen.
>
> Interessiert dich das nur einfach mal so, oder verfolgst du damit irgendein
> Ziel?
>
>
>> Leider konnte ich bisher für diesen Zweck kein Modul finden.
>>
>> Nehmen wir das Beispiel der print Funktion in Python3. Letztlich ruft
>> diese, wenn ich den Source Code CPythons richtig verstehe die Funktion
>> builtin_print (definiert in Python/bltinmodule.c) auf. Diese Funktion
>> wiederum nutzt Funktionen aus der Python C API, wie bspw.
>> PyArg_ParseTupleAndKeywords zum Auslesen der übergebenen Parameter,
>> oder PyFile_WriteObject zum Schreiben des Inputs in den entsprechenden
>> Outputstream. PyFile_WriteObject wiederum holt sich das Attribut
>> "write" des Outputstream Objekts und ruft dann PyEval_CallObject
>> darauf auf, usw.
>
> print() ist vielleicht nicht das interessanteste für's Profiling, aber im
> Wesentlichen stimmt das, was du schreibst (zumindest vor CPython 3.6, das
> für die Funktionseinstiegspunkte im Build besseren Code generiert als die
> "PyArg_*" Funktionsaufrufe).
>
>
>> Ein Modul, das mir diesen Function Stack transparent machen plus ein
>> bis auf die C Ebene aufgeschlüsseltes Profiling anbieten würde, wäre
>> eine feine Sache.
>> Bisher habe ich mich ohne Erfolg an pdb, vmprof, dem Bauen CPythons
>> mit dem debug flag und ltrace versucht. Sicherlich gäbe es die
>> Möglichkeit mittels gdb oder valgrind an diese Call Stacks
>> heranzukommen, aber diese Tools sind nicht gerade leichtgewichtig.
>>
>> Kennt jemand mögliche Techniken / Module, die mir dies ermöglichen,
>> oder ist es wirklich nur durch Studium des Interpreter-Quellcodes
>> möglich?
>
> Unter Linux verwende ich für solche Sachen entweder callgrind (Profiler in
> valgrind) zusammen mit Kcachegrind zur Visualisierung, oder perf.
>
> Letzteres ist ein recht leicht zu benutzender statistischer Profiler, bei
> dem du per Text-Interface durch die Aufrufe hindurch springen kannst.
>
> callgrind liefert dir dagegen ein komplettes Laufprofil, braucht dadurch
> etwas länger, aber bietet mit Kcachegrind eine schicke grafische Oberfläche
> zum Hineinklicken. Um zu verstehen, was vor sich geht, ist das eins der
> besten (kostenfreien) Tools, die ich kenne. Wichtig ist, dass du bei
> callgrind per "--toggle-collect=NAME" einen Funktionsnamen angeben kannst,
> innerhalb der der Profiler angeworfen wird. Alles andere wird dann
> ignoriert und verschwendet keine Laufzeit.
>
> Ansonsten gibt es auch noch Intels vprof, für das OSS-Entwickler unter
> bestimmten Umständen eine kostenlose Lizenz bekommen können. Ist recht gut
> und verbindet die Vorteile der Tools oben (statistisch + grafisch), aber
> die beiden tun's im Wesentlichen auch, je nach Anwendungsfall.
>
> Stefan
>
> _______________________________________________
> python-de maillist  -  python-de at python.org
> https://mail.python.org/mailman/listinfo/python-de



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Mit freundlichen Grüßen/best regards
Christian Junker