NS3 日志（Logging）、命令行参数、Tracing系统概述（转载）

NS-3日志子系统的提供了各种查看仿真结果的渠道：

一、使用Logging Module

1 【预备知识】日志级别及其对应的宏

NS-3 提供了若干个日志级别来满足不同的 Debug 需求，每一级的日志内容都涵盖了低一级的内容。这些级别对应的宏从低到高排列为：

• LOG_ERROR — Log error messages (associated macro: NS_LOG_ERROR);
• LOG_WARN — Log warning messages (associated macro: NS_LOG_WARN);
• LOG_DEBUG — Log relatively rare, ad-hoc debugging messages (associated macro: NS_LOG_DEBUG);
• LOG_INFO — Log informational messages about program progress (associated macro: NS_LOG_INFO);
• LOG_FUNCTION — Log a message describing each function called (two associated macros: NS_LOG_FUNCTION, used for member functions, and NS_LOG_FUNCTION_NOARGS, used for static functions);
• LOG_LOGIC – Log messages describing logical flow within a function (associated macro: NS_LOG_LOGIC);
• LOG_ALL — Log everything mentioned above (no associated macro).

 

方式1、通过设置shell环境变量NS_LOG使用日志系统
　

1.1）首先，定义好一个日志模块：

　　可以在脚本中使用宏 NS_LOG_COMPONENT_DEFINE(name) 定义一个日志模块。（注意，为了使用宏 NS_LOG(name, level) 来输出这个模块所定义的内容，这个定义语句必须写在每个脚本文件的开始。宏 NS_LOG 将在方式 2 中进行介绍。）

　　也有一些日志模块是内置的，比如上文的名为 “UdpEchoClientApplication” 、“UdpEchoServerApplication” 的模块就是 UdpEcho 应用程序内置的日志模块，只要使用了相应的类，就可以启用相应的日志模块。

1.2）在 shell 中通过设置环境变量 NS_LOG，来控制仿真输出级别：

$~/ns-3.2.1 > export NS_LOG = '<日志模块名称> =level_all | prefix_func | prefix_time'　

　　  

• level_all 表示启用所有级别（=error | warn | debug | info | function | logic）
• prefix_func 表示记录输出该消息的函数
• prefix_time 表示加上时间前缀

$~/ns-3.2.1 > export NS_LOG = '<日志模块名称1>=level_all : <日志模块名称2>=info'

　　

• 符号 : 表示隔开两个不同的日志模块

$~/ns-3.2.1 > export NS_LOG = * = level_all

• 符号 * 作为通配符。上行命令表示启用所有可用模块的所有日志级别。
• 这一般会形成大量的数据，此时可以使用 shell 的输出重定向保存日志到文件里面：

　　　　

$~/ns-3.2.1 > ./waf --run scratch/example >& log.out

方式2、通过在脚本里使用宏NS_LOG调用日志模块
　

2.0）宏 NS_LOG(level, msg) 用于定义对应 level 的输出内容；为了方便使用，系统预定义了各个级别的 NS_LOG 宏 NS_LOG_ERROR等（参见【预备知识】）：
　　

#define NS_LOG_ERROR(msg)   NS_LOG(ns3::LOG_ERROR, msg) 

2.1）如上文，在脚本里使用宏 NS_LOG_COMPONENT_DEFINE(name) 定义一个日志模块；

2.2）使用宏 LogComponentEnable(name, level) 启用日志（对应地，有宏 LogComponentDisable(name, level) 用于禁用日志）；

2.3）使用【预备知识】里定义的各种级别的宏输出内容，注意程序只会输出低于等于已经启用的 level 的宏内容。

 

　NS_LOG_COMPONENT_DEFINE("Example");
　LogComponentEnable("Example", LOG_LEVEL_INFO); 　　//等价于shell中：export NS_LOG = 'Example=info'
  //运行时显示程序中用语句NS_LOG_INFO（“字符串”）定义的字符串，便于检查错误。
　NS_LOG_WARN("Message:level_warn");
　NS_LOG_INFO("Message:level_info");
　NS_LOG_LOGIC("Message:level_logic");
　//由于我们启用的日志level是INFO，因此编译运行后，程序会输出低于和等于INFO级别的内容，而高于INFO级别的宏内容不会被输出
　//即，Message:level_warn和Message:level_info会被输出，而Message:level_logic不会被输出

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二、使用Command Line（命令行）参数

仿真一般是为了收集各种不同条件下的数据，常常需要改变一些变量。NS-3 提供了Command Line 参数接口，可以在运行时对脚本中的变量进行设置，免去了每次更改变量后要重新编译的麻烦。（相当于在运行前进行变量的 scanf/cin 操作，但因为有默认值，CLI 更灵活一些。）

1、在脚本中添加语句

int main (int argc, char *argv[])
{
　　...
　　CommandLine cmd;
　　cmd.Parse (argc, argv);　　//将命令行输入的参数作为类CommandLine的参数进行分析
　　...
}

这样可以在 shell 中使用某些附加参数如 PrintHelp：

$~/ns-3.2.1 > ./waf --run "scratch/example --PrintHelp"

这条命令将会列出 example 当前可用的命令参数：

Entering directory '/home/craigdo/repos/ns-3-dev/build'
Compilation finished successfully
--PrintHelp: Print this help message.
--PrintGroups: Print the list of groups.
--PrintTypeIds: Print all TypeIds.
--PrintGroup=[group]: Print all TypeIds of group.
--PrintAttributes=[typeid]: Print all attributes of typeid.
--PrintGlobals: Print the list of globals.

　　

从输出中（倒数第二行）我们知道可以打印某些类的属性：

$~/ns-3.2.1 > ./waf --run "scratch/example --PrintAttributes=ns3::PointToPointNetDevice"

这条命令将会列出类型为 PointToPointNetDevice 的设备的属性：
　　　

--ns3::PointToPointNetDevice::DataRate=[32768bps]:
　　　The default data rate for point to point links

知道了属性名称，我们也可以使用命令更改这个属性：

 

$~/ns-3.2.1 > ./waf --run "scratch/example --ns3::PointToPointNetDevice::DataRate=5Mbps"

2、使用 CommandLine::AddValue 添加自己的变量，使之成为 CommandLine 可以使用的参数：

CommandLine cmd;
cmd.AddValue("nPackets", "Number of packets to echo", nPackets);　　　//（属性名称，属性说明，变量）
cmd.Parse(argc, argv);

这样在 shell 中我们可以在命令中更改这个属性：

$~/ns-3.2.1 > ./waf --run "scratch/example --nPackets=2"

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三、使用Tracing System

Ns-3 tracing 系统的基本目标：

• 基本任务，tracing 系统允许用户生成标准 tracing，且自定义哪些对象生成 tracing；
• 中级用户必须能扩展 tracing 系统来修改输出的生成格式，或者插入新的 tracing sources ，而不用修改仿真器的核心；
• 高级用户可以修改仿真器的核心来添加 tracing sources 和 tracing  sinks。

 

Ns-3 tracing 系统建立在独立的 tracing sources 和 tracing sinks 概念之上，有一个统一的机制连接 sources 和 sinks  。Trace sources 是仿真过程中标识事件发生的实体，可以对内部数据进行访问，为感兴趣的潜在数据提供接口。例如，trace sources 可以指示网络设备什么时候接收到数据包，并能对感兴趣的 trace sinks 的数据包内容提供访问。

Traces sources 本身无用，它们必须连接到其他的代码上才行，这些代码会利用 sinks 提供的信息做些有用的事。Trace sinks 是 traces sources 提供的事件和数据的消费者。例如，一个 trace sink 连接到一个 trace source 上，trace sink 会显示接收到的数据包中感兴趣的部分。只有将 trace sink 与 trace source 连接起来才可以对仿真过程中感兴趣的事件或数据进行处理。

明确的划分 trace source 和 trace sink目的是允许用户连接新类型的输出到已有的tracing source 上，而不用编辑和重新编译仿真器的核心。因此，如上述例子，用户只需编辑用户脚本就可以在其脚本上定义新的 tracing sink 并把它连接到仿真核心中。

Tracing 系统的设计遵循两个思想：即 trace source 与 trace sink 相互独立和采用标准的输出格式。

在trace 输出格式上，ns-3 既考虑了标准化的要求，也考虑了前后延续的要求，提供了两种输出格式：ASCII 格式和 PCAP 格式。ASCII 格式类似于 ns-2 中使用的 .tr 文件格式，采用以行为单位的字符串来表示网络事件；PCAP 格式是一种标准的网络抓包文件格式，可以采用多种工具进行分析，如 tcpdump 和 wireshark。

1 启用 ASCII Tracing

Ns-3 提供 helper 功能（封装底层 tracing 系统）来帮助你理解配置数据包 traces 的细节。如果启用该功能，你会看到输出为ASCII 的文件。

在我们的脚本 scratch/myfirst.cc 中添加一些 ASCII tracing 输出，在调用 Simulator::Run () 之前添加下列代码：

AsciiTraceHelper ascii;
pointToPoint.EnableAsciiAll (ascii.CreateFileStream ("myfirst.tr"));

上述代码的第二行包含两个嵌套的方法调用。第一个是“内部”方法，CreateFileStream() 使用未命名的对象习语在堆栈上创建文件流对象，并把它传递给调用的方法。需要明确的是，你正在创建一个对象，文件名为 “myfirst.tr”，然后你把它传递给 ns3。

第二个方法是外部调用，EnableAsciiAll() 告诉 helper 你想要在仿真中对所有的点对点设备使能 ASCII tracing，想要 trace sinks 以 ASCII 格式写出数据包运动的信息。

现在可以 build 脚本并在命令行运行。

运行时会创建文件 myfirst.tr，默认创建在资源库的 top-level 路径。若想控制 traces 保存的地方，可以使用 Waf 的 --cwd 选项指定。然后以最喜欢的编辑器打开 ASCII trace 文件 myfirst.tr。（在ns-3.22目录下）

2 解析 ASCII Tracing

myfirst.tr 文件中有很多信息以密集的形式出现，但是我们首先注意到的事情是文本中出现链路很多独特的行。

文件中的每一行都与一个trace event 相关。我们在每个点对点网络设备的传输队列上tracing events 。

注意，Trace 文件每一行开始都有一个单独的字符，其含义为：

  +：设备队列入队操作；

  -：设备队列出对操作；

  d：丢弃数据包；

  r：网络设备接收数据包。

例如我们可以看到文件中的第一行（为了说明方便，这里分段编号显示），显示了一个入队操作：

00 +
01 2
02 /NodeList/0/DeviceList/0/$ns3::PointToPointNetDevice/TxQueue/Enqueue
03 ns3::PppHeader (
04 　Point-to-Point Protocol: IP (0x0021))
05 　ns3::Ipv4Header (
06 　　tos 0x0 ttl 64 id 0 offset 0 flags [none]
07 　　length: 1052 10.1.1.1 > 10.1.1.2)
08 　　ns3::UdpHeader (
09 　　　length: 1032 49153 > 9)
10 　　　Payload (size=1024)

其中编号为 02 的部分显示了发生操作的路径：根 /NodeList 是 NS-3 维护的所有节点列表，因此 /NodeList/0 表示编号为 0 的节点；随后的 /DeviceList/0 表示在该节点上的编号为 0 的 NetDivece（比如网卡）；接下来的$ns3::PointToPointNetDevice 指明了该 NetDivece 的类型；最后的 TxQueue/Enqueue 表示在传送队列上发生了入队操作，也就是行开头的 + 所表现的意义。

3 启用 PCAP Tracing

Ns-3设备 helpers 也可以用来创建 .pcap 格式的 trace 文件。首字母缩略词 pcap 表示 packet capture（数据包捕获），通常是包含定义 .pcap 文件格式的 API 。可以显示和读取这种格式的最受欢迎的编程工具是 Wireshark。然而，有很多业务 trace 分析器使用该数据包格式。我们鼓励用户利用多种可用的工具来分析 pcap traces。

（1）使用 tcpdump 来查看 pcap traces。

启用 pcap tracing的代码：

pointToPoint.EnablePcapAll  ("myfirst");

在之前 scratch/myfirst.cc 中添加过的 ASCII tracing 代码的后面插入这行代码。

注意，我们只是传递字符串 "myfirst" 而不是 “myfirst.pcap” 或其他相似的。这是因为该参数是一个前缀，而不是一个完整的文件名。helper 会为每个 point-to-point 设备创建 trace 文件，文件名格式会使用前缀、节点编号、设备编号和 .pcap 后缀，例如 “myfirst-0-0.pcap”。

在我们运行完脚本后，我们最终会看到文件 “myfirst-0-0.pcap” 和 “myfirst-1-0.pcap”，分别对应节点0-设备0和节点1-设备0。

一旦添加完这行代码使能 pcap tracing 后，可以按照通常的方式运行脚本：

$ ./waf --run scratch/myfirst

结果显示为：

（2）使用 Wireshark 读取输出

Wireshark 是一款图形用户界面，可以用来显示 trace 文件。

例如，myfirst-0-0.pcap 文件用 Wireshark 打开显示如下：

=======End===================================================================

 

参考文献：

[1] http://www.cnblogs.com/lovemo1314/archive/2011/12/21/2295969.html

[2] https://www.nsnam.org/docs/tutorial/singlehtml/index.html#document-index