strace是一个有用的小工具 – 大多数Linux系统默认已经安装 – 可以通过跟踪系统调用来让你知道一个程序在后台所做的事情。Strace是一个基础的调试工具;但是即便你不是在跟踪一个问题的时候它也是一个极好的软件。它能告诉你很多关于一个Linux程序怎样工作的信息。

  一个系统调用就是一个从应用程序到内核的消息。现代计算机系统中的用户程序都是运行在一个沙箱里面:它们不允许直接与计算机交互(因此你不能像以前那样往寄存器里面塞一些数据来完成某些工作)。取而代之的是,每当程序需要与系统交互的时候,他就发送一个请求(系统调用)到内核。Strace就是用来跟踪这些消息的。因此请记住,如果你有一会儿看不到任何strace的输出,这也并不代表你的程序发生了阻塞。很有可能是程序在自己的沙箱里面做某些事情,而这些事情并不需要与系统的其它部分发生通信。

  用法

  Strace程序固然能做这些事情,但它总是直接将所有的东西输出到标准错误文件(也就是屏幕)。就像你将看到的那样,它会产生大量的输出;因此通常来说你最好用-o选项来设置一个输出文件:

  strace -o outputfile.txt program

  有一些编辑器(如vim)能够对strace的输出进行语法高亮显示。这意味着文件的不同部分,以及每一行的不同部分都会用不同的颜色来显示。这个功能相当有用,我强烈建议你使用一个这样的编辑器来查看strace的输出。

  命令输出解释

  试一试strace -o strace.out ls –l,然后用你喜欢的编辑器打开strace.out,并且启用语法高亮。

  在深入探索细节之前,先来看看每一行的基本结构。Strace记录了程序所发出的每一次系统调用,并且各自显示在单独的一行中。系统调用的名字出现在每一行的起始,参数出现在括号里面,返回值则在等号后面,是一行的终结。命令ls –l的头几行输出基本上是如下这个样子:

  execve("/bin/ls", ["ls", "-l"], [/* 21 vars */]) = 0

  brk(0) = 0x619000

  mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x2b412f2b9000

  uname({sys="Linux", node="juliet.example.com", ...}) = 0

  第一行显示的是一个execve的系统调用,其参数如下:

  ?当前可执行程序的位置 (/bin/ls)

  ?一个从命令行传递过来的参数数组 (ls与-l)

  ?一个指向21个环境变量的指针,也是传递给该程序的。

  返回值为0,表示执行成功。这就是所有系统调用都相同的基本结构。

  所有在后台的内幕

  接下来的几行跟内存管理有关。Brk改变数据段的大小,而mmap用来返回一个进程可用的内存位置。(如需要更多信息,请尝试man 2 mmap。)

  再下面一行是uname系统调用,用来显示系统的详细信息。Uname所返回的是一个指针,它指向存储这些信息的一个数据结构。系统调用经常会返回指针:这是一个内存引用,告诉你到哪里去寻找这些信息。如果你是一台计算机,这非常有用,但如果你是一个人就未必了;因此为了方便起见,每当 __strace__看到一个指针的时候,它就自动帮你进行查找,然后返回(一部分)指针指向的内容。这正是上面在uname系统调用那里所发生的事情。

  如果你继续查看strace的输出,你就会看到很多access和open的调用。Access查找一个文件(如果没找到就返回-1和一个错误码),然后检查当前程序是否有访问权限。Open试图打开一个文件,如果成功的话就会将其连接到一个文件句柄(从3开始,因为0-2被用于STDIN、 STDOUT和STDERR)并返回这个句柄。然后,fstat会获取连接到该句柄的文件的有关信息,句柄通过第一个参数传递而来,就像这样(注意第二个参数是一个指针!):

  fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=53482, ...}) = 0

  在另一个mmap调用以后,文件将会被关闭。在ls的输出中,你会看到这个序列在库文件上面重复许多遍。而在那以后,对于每一个列出的文件还有 lstat、lgetxattr和getxattr等调用。这都是对每个文件获取信息用的。最后,每个文件都会按这种方式写到输出文件:

  stat("/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=3661, ...}) = 0

  write(1, "-rw------- 1 juliet juliet 10"..., 72) = 72

  编号为1和2的文件句柄 (STDOUT和STDERR)将会关闭,于是一切都完成了。

  结论

  这只是一个关于阅读strace输出的非常快速的介绍。要深入理解的话,最好的建议是去查看每个系统调用的手册页(man 2 <系统调用名>),并且尝试着在各种程序中使用strace跟踪输出。在各种语言的‘Hello, World’程序上使用strace是一件非常有趣的事情。你还可以检查某个已经在运行的程序,然后用strace的-p PID选项来实时连接到其中的某一个。祝你在使用strace深入解剖你的程序时其乐无穷!

linux的strace命令(详解)

本文详细讲述linux下的strace命令的用法。

strace 命令是一种强大的工具,它能够显示所有由用户空间程序发出的系统调用。

  strace 显示这些调用的参数并返回符号形式的值。strace 从内核接收信息,而且不需要以任何特殊的方式来构建内核。

  下面记录几个常用 option .

  1 -f -F选项告诉strace同时跟踪fork和vfork出来的进程

  2 -o xxx.txt 输出到某个文件。

  3 -e execve 只记录 execve 这类系统调用

  —————————————————

  进程无法启动,软件运行速度突然变慢,程序的”SegmentFault”等等都是让每个Unix系统用户头痛的问题,

  本文通过三个实际案例演示如何使用truss、strace和ltrace这三个常用的调试工具来快速诊断软件的”疑难杂症”。

  

  

  truss和strace用来跟踪一个进程的系统调用或信号产生的情况,而 ltrace用来跟踪进程调用库函数的情况。truss是早期为System V R4开发的调试程序,包括Aix、FreeBSD在内的大部分Unix系统

都自带了这个工具;

  而strace最初是为SunOS系统编写的,ltrace最早出现在GNU/DebianLinux中。

  这两个工具现在也已被移植到了大部分Unix系统中,大多数Linux发行版都自带了strace和ltrace,而FreeBSD也可通过Ports安装它们。

  

  你不仅可以从命令行调试一个新开始的程序,也可以把truss、strace或ltrace绑定到一个已有的PID上来调试一个正在运行的程序。三个调试工具的基本使用方法大体相同,下面仅介绍三者共有,

而且是最常用的三个命令行参数:

  

  -f :除了跟踪当前进程外,还跟踪其子进程。

  -o file :将输出信息写到文件file中,而不是显示到标准错误输出(stderr)。

  -p pid :绑定到一个由pid对应的正在运行的进程。此参数常用来调试后台进程。

  

   使用上述三个参数基本上就可以完成大多数调试任务了,下面举几个命令行例子:

  truss -o ls.truss ls -al: 跟踪ls -al的运行,将输出信息写到文件/tmp/ls.truss中。

  strace -f -o vim.strace vim: 跟踪vim及其子进程的运行,将输出信息写到文件vim.strace。

  ltrace -p 234: 跟踪一个pid为234的已经在运行的进程。

  

   三个调试工具的输出结果格式也很相似,以strace为例:

  

  brk(0) = 0×8062aa8

  brk(0×8063000) = 0×8063000

  mmap2(NULL, 4096, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0×92f) = 0×40016000

  

  每一行都是一条系统调用,等号左边是系统调用的函数名及其参数,右边是该调用的返回值。 truss、strace和ltrace的工作原理大同小异,都是使用ptrace系统调用跟踪调试运行中的进程,详细

原理不在本文讨论范围内,有兴趣可以参考它们的源代码。

  举两个实例演示如何利用这三个调试工具诊断软件的”疑难杂症”:

  

  案例一:运行clint出现Segment Fault错误

  

  操作系统:FreeBSD-5.2.1-release

  clint是一个C++静态源代码分析工具,通过Ports安装好之后,运行:

  

  # clint foo.cpp

  Segmentation fault (core dumped)

   在Unix系统中遇见”Segmentation Fault”就像在MS Windows中弹出”非法操作”对话框一样令人讨厌。OK,我们用truss给clint”把把脉”:

  

  # truss -f -o clint.truss clint

  Segmentation fault (core dumped)

  # tail clint.truss

   739: read(0×6,0×806f000,0×1000) = 4096 (0×1000)

   739: fstat(6,0xbfbfe4d0) = 0 (0×0)

   739: fcntl(0×6,0×3,0×0) = 4 (0×4)

   739: fcntl(0×6,0×4,0×0) = 0 (0×0)

   739: close(6) = 0 (0×0)

   739: stat(”/root/.clint/plugins”,0xbfbfe680) ERR#2 ‘No such file or directory’

  SIGNAL 11

  SIGNAL 11

  Process stopped because of: 16

  process exit, rval = 139

  我们用truss跟踪clint的系统调用执行情况,并把结果输出到文件clint.truss,然后用tail查看最后几行。

  注意看clint执行的最后一条系统调用(倒数第五行):stat(”/root/.clint/plugins”,0xbfbfe680) ERR#2 ‘No such file or directory’,问题就出在这里:clint找不到目

录”/root/.clint/plugins”,从而引发了段错误。怎样解决?很简单: mkdir -p /root/.clint/plugins,不过这次运行clint还是会”Segmentation Fault”9。继续用truss跟踪,发现clint还需要

这个目录”/root/.clint/plugins/python”,建好这个目录后 clint终于能够正常运行了。

  

  案例二:vim启动速度明显变慢

  

  操作系统:FreeBSD-5.2.1-release

  vim版本为6.2.154,从命令行运行vim后,要等待近半分钟才能进入编辑界面,而且没有任何错误输出。仔细检查了.vimrc和所有的vim脚本都没有错误配置,在网上也找不到类似问题的解决办法,

难不成要hacking source code?没有必要,用truss就能找到问题所在:

  

  # truss -f -D -o vim.truss vim

  

  这里-D参数的作用是:在每行输出前加上相对时间戳,即每执行一条系统调用所耗费的时间。我们只要关注哪些系统调用耗费的时间比较长就可以了,用less仔细查看输出文件vim.truss,很快就找

到了疑点:

  

  735: 0.000021511 socket(0×2,0×1,0×0) = 4 (0×4)

  735: 0.000014248 setsockopt(0×4,0×6,0×1,0xbfbfe3c8,0×4) = 0 (0×0)

  735: 0.000013688 setsockopt(0×4,0xffff,0×8,0xbfbfe2ec,0×4) = 0 (0×0)

  735: 0.000203657 connect(0×4,{ AF_INET 10.57.18.27:6000 },16) ERR#61 ‘Connection refused’

  735: 0.000017042 close(4) = 0 (0×0)

  735: 1.009366553 nanosleep(0xbfbfe468,0xbfbfe460) = 0 (0×0)

  735: 0.000019556 socket(0×2,0×1,0×0) = 4 (0×4)

  735: 0.000013409 setsockopt(0×4,0×6,0×1,0xbfbfe3c8,0×4) = 0 (0×0)

  735: 0.000013130 setsockopt(0×4,0xffff,0×8,0xbfbfe2ec,0×4) = 0 (0×0)

  735: 0.000272102 connect(0×4,{ AF_INET 10.57.18.27:6000 },16) ERR#61 ‘Connection refused’

  735: 0.000015924 close(4) = 0 (0×0)

  735: 1.009338338 nanosleep(0xbfbfe468,0xbfbfe460) = 0 (0×0)

  

  vim试图连接10.57.18.27这台主机的6000端口(第四行的connect()),连接失败后,睡眠一秒钟继续重试(第6行的 nanosleep())。以上片断循环出现了十几次,每次都要耗费一秒多钟的时

间,这就是vim明显变慢的原因。可是,你肯定会纳闷:”vim怎么会无缘无故连接其它计算机的6000端口呢?”。问得好,那么请你回想一下6000是什么服务的端口?没错,就是X Server。看来vim是要

把输出定向到一个远程X Server,那么Shell中肯定定义了DISPLAY变量,查看.cshrc,果然有这么一行:setenv DISPLAY ${REMOTEHOST}:0,把它注释掉,再重新登录,问题就解决了。

  

  

  案例三:用调试工具掌握软件的工作原理

  

  操作系统:Red Hat Linux 9.0

  用调试工具实时跟踪软件的运行情况不仅是诊断软件”疑难杂症”的有效的手段,也可帮助我们理清软件的”脉络”,即快速掌握软件的运行流程和工作原理,不失为一种学习源代码的辅助方法。

下面这个案例展现了如何使用strace通过跟踪别的软件来”触发灵感”,从而解决软件开发中的难题的。

  大家都知道,在进程内打开一个文件,都有唯一一个文件描述符(fd:file descriptor)与这个文件对应。而本人在开发一个软件过程中遇到这样一个问题:

  已知一个fd,如何获取这个fd所对应文件的完整路径?不管是Linux、FreeBSD或是其它Unix系统都没有提供这样的API,怎么办呢?我们换个角度思考:Unix下有没有什么软件可以获取进程打开了哪

些文件?如果你经验足够丰富,很容易想到lsof,使用它既可以知道进程打开了哪些文件,也可以了解一个文件被哪个进程打开。好,我们用一个小程序来试验一下lsof,看它是如何获取进程打开了哪

些文件。lsof: 显示进程打开的文件。

  

  /* testlsof.c */

  #include #include #include #include #include

  int main(void)

  {

   open(”/tmp/foo”, O_CREAT|O_RDONLY); /* 打开文件/tmp/foo */

   sleep(1200); /* 睡眠1200秒,以便进行后续操作 */

   return 0;

  }

  

  将testlsof放入后台运行,其pid为3125。命令lsof -p 3125查看进程3125打开了哪些文件,我们用strace跟踪lsof的运行,输出结果保存在lsof.strace中:

  

  # gcc testlsof.c -o testlsof

  # ./testlsof &

  [1] 3125

  # strace -o lsof.strace lsof -p 3125

  

  我们以”/tmp/foo”为关键字搜索输出文件lsof.strace,结果只有一条:

  

  

  # grep ‘/tmp/foo’ lsof.strace

  readlink(”/proc/3125/fd/3″, “/tmp/foo”, 4096) = 8

  

  原来lsof巧妙的利用了/proc/nnnn/fd/目录(nnnn为pid):Linux内核会为每一个进程在/proc/建立一个以其pid为名的目录用来保存进程的相关信息,而其子目录fd保存的是该进程打开的所有文件

的fd。目标离我们很近了。好,我们到/proc/3125/fd/看个究竟:

  

  # cd /proc/3125/fd/

  # ls -l

  total 0

  lrwx—— 1 root root 64 Nov 5 09:50 0 -> /dev/pts/0

  lrwx—— 1 root root 64 Nov 5 09:50 1 -> /dev/pts/0

  lrwx—— 1 root root 64 Nov 5 09:50 2 -> /dev/pts/0

  lr-x—— 1 root root 64 Nov 5 09:50 3 -> /tmp/foo

  # readlink /proc/3125/fd/3

  /tmp/foo

  

  答案已经很明显了:/proc/nnnn/fd/目录下的每一个fd文件都是符号链接,而此链接就指向被该进程打开的一个文件。我们只要用readlink()系统调用就可以获取某个fd对应的文件了,代码如下:

  

  

  #include #include #include #include #include #include

  int get_pathname_from_fd(int fd, char pathname[], int n)

  {

   char buf[1024];

   pid_t pid;

   bzero(buf, 1024);

   pid = getpid();

   snprintf(buf, 1024, “/proc/%i/fd/%i”, pid, fd);

   return readlink(buf, pathname, n);

  }

  int main(void)

  {

   int fd;

   char pathname[4096];

   bzero(pathname, 4096);

   fd = open(”/tmp/foo”, O_CREAT|O_RDONLY);

   get_pathname_from_fd(fd, pathname, 4096);

   printf(”fd=%d; pathname=%sn”, fd, pathname);

   return 0;

  }

  

  出于安全方面的考虑,在FreeBSD 5 之后系统默认已经不再自动装载proc文件系统,因此,要想使用truss或strace跟踪程序,你必须手工装载proc文件系统:mount -t procfs proc /proc;或者在

/etc/fstab中加上一行:

  

  proc /proc procfs rw 0 0

 

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