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shell 学习五十四天----进程系统调用的追踪 strace

strace

前言:strace 常用来跟踪进程执行时的系统调用的所接受的信号。在 linux 世界,进程是不能直接访问硬件设备,当进程需要访问硬件 (比如读取磁盘文件,接收网络数据等等) 时,必须由用户态模式切换至内核态模式,通过系统调用访问硬件设备。strace 可以跟踪到一个进程产生的系统调用,包括参数,返回值,执行消耗的时间,有其在调试的时候,strace 能帮助你追踪到一个程序所执行的系统调用。当你想知道程序和操作系统是如何交互的时候,这是极其方便的,比如你想知道执行了哪些系统调用,并且以何种顺序执行。

strace 详解

格式:
strace [-dffhiqrtttTvxx] [-acolumn] [-eexpr] ... [-ofile] [-ppid] ... [-sstrsize] [-uusername] [-Evar=val] ... [-Evar]... [command [ arg ...] ]

strace -c [-eexpr] ... [-Ooverhead] [-Ssortby] [command [ arg...] ]

选项:

```选项名 说明 -f ,-F 告诉 strace 同时跟踪 fork 和 vfork 出来的信号 -o(字母)xxxx.txt 输出到某个文档 -e execve 只记录 execve 这类系统调用。


案例:

首先使用 `vim` 编写一个 C 语言的程序,代码如下:

```\#filename test.c
\#include <stdio.h>
int main()
{
int a;
scanf(“%d”,&a);
printf(“%09d\n”,a);
return 0;
}
  • 然后使用命令:#gcc -o test test.c,这样会得到一个可执行的文件。
  • 我们执行这个可执行文件 (先不使用 strace):#./test
  • 执行期间这个程序会要求我们输入一个整数,我们输入 99,会得到以下结果:000000099

接着我们使用 strace:#strace ./test

输出很多,我就不复制,我一看这个输出的是我想到了黑客帝国这部电影,我第一次看的时候差不多就是这样... 当时觉得好炫酷,不过看见我自己电脑上的这一坨,你够了,我不想看到你!

输出的这一些内容称为 stracetrace 结构,从 trace 结构可以看到,系统首先调用 execve 开始一个新的进程,接着进行环境的初始化操作,最后停顿在 “read(0,” 上面,这就是执行到了我们的 scanf 函数,等待我们输入数字,在输入完 99 之后,在调用 write 函数将格式化后的数值 “000000099” 输出到屏幕上,最后掉用 wxit_group 退出进行,完成整个程序的执行过程。

跟踪信号传递

我们还是使用上面那个编译好的 test 程序,来观察进程接收信号的情况。还是先:#strace ./test,等到等待输入的画面的时候不要输入任何东西,然后打开另一个窗口,输入如下命令:

\#killall test

这个时候我们就能看到我们的 test 程序退出了,最后的 trace 结果的最后两行:

  • --- SIGTERM (Terminated) @ 0 (0) ---
  • +++ killed by SIGTERM +++

trace 中很清楚的告诉你 test 进程“+++ killed by SIGTERM +++”,其中 SIGTERM 信号为程序结束信号,与 SIGKILL 不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序自己正常退出。shell 命令 kill 缺省产生 SIGTERM

系统调用统计

strace 不光能追踪系统调用,通过使用 -c 选项,它还能江金城所有的系统调用做一个统计分析给你,案例如下:

```#strace -c ./test(需要按下 Ctrl+C) % time seconds usecs/call calls errors syscall


-nan 0.000000 0 2 read -nan 0.000000 0 1 write -nan 0.000000 0 2 open -nan 0.000000 0 2 close -nan 0.000000 0 4 fstat -nan 0.000000 0 10 mmap -nan 0.000000 0 3 mprotect -nan 0.000000 0 1 munmap -nan 0.000000 0 1 brk -nan 0.000000 0 1 1 access -nan 0.000000 0 1 execve -nan 0.000000 0 1 arch_prctl


100.00 0.000000 29 1 total


- `-c` 选项的含义是统计每一系统调用的所执行的时间,次数和出错的次数等。

**常用参数说明**

除了 -c 参数之外,strace 还提供了其他有用的参数给我们,让我们方便的得到自己想要的信息,介绍如下:

重定向输出:

- 参数 -o 用在将 strace 的结果输出到文件中,如果不指定 -o 参数的话,默认的输出设备是 STDERR,也就是说使用 “-o filename” 和 “2>filename” 的结果是一样的。

以下这两个命令都是讲 strace 结果输出到文件 test.txt 中

`\#strace -c -o test.txt ./test`  
`#strace -c ./test 2>test.txt`

**对系统调用进行计时**

strace 可以使用参数 -T 将每个系统调用所花费的事件打印出来,每个掉用的时间花销现在在调用行最右边的尖括号里面。

```read(0,1
"1\n",1024)                    = 2 <7.195016>
fstat(1,{st_mode=S_IFCHR|0620,st_rdev=makedev(136,0),...}) = 0 <0.000010>
mmap(NULL,4096,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS,-1,0) = 0x7f1431bd1000 <0.000014>
write(1,"000000001\n",10000000001
)             = 10 <0.000011>
exit_group(0)                           = ?

表示看不懂,不懂得东西,现在不要深究。

系统调用的时间

这是一个很有用的功能,strace 会将每次系统调用的发生时间记录下来,只要使用 -t/tt/ttt 三个参数就可以看到效果了,具体案例如下:

```参数名 输出样式 说明 -t 10:50:10 exit_group(0) 输出结果精确到秒 -tt 10:50:48.463555 exit_group(0) 输出结果精确到微秒 -ttt 1438138307.923671 exit_group(0) 精确到微妙,而且时间表示为 unix 时间戳


**截断输出**

- `-s` 参数用于指定 `trsce` 结果的每一行输出的字符串的长度,下面看看 `test` 程序中 `-s` 参数对结果有什么影响,现指定 `-s` 为 10,然后在 `read` 的地方输入一个超过 10 个字符的字符串:

```\#strace -s 10 ./test
read(0,123456789011
"1234567890"...,1024)          = 13

部分输出结果

分析:

  • 我们一共输入了 12 个字符,而我们看到的结果只有 10 个
  • trace 一个现有的进程
  • strace 不光能自己初始化一个进程进行 trace,还能追踪现有的进程,参数 -p 就是去的这个用法,用法简单,具体如下: \#strace -p pid // 跟踪指定的进程 PID