調試工具快速診斷軟件的」疑難雜症

linux的strace命令(詳解) 本文詳細講述linux下的strace命令的用法。 strace 命令是一種強大的工具，它可以顯示全部由用戶空間程序發出的系統調用。 strace 顯示這些調用的參數並返回符號形式的值。strace 從內核接收信息，並且不須要以任何特殊的方式來構建內核。 下面記錄幾個經常使用 option . 1 -f -F選項告訴strace同時跟蹤fork和vfork出來的進程 2 -o xxx.txt 輸出到某個文件。 3 -e execve 只記錄 execve 這類系統調用 ————————————————— 進程沒法啓動，軟件運行速度忽然變慢，程序的」SegmentFault」等等都是讓每一個Unix系統用戶頭痛的問題， 本文經過三個實際案例演示如何使用truss、strace和ltrace這三個經常使用的調試工具來快速診斷軟件的」疑難雜症」。 truss和strace用來跟蹤一個進程的系統調用或信號產生的狀況，而 ltrace用來跟蹤進程調用庫函數的狀況。truss是早期爲System V R4開發的調試程序，包括Aix、FreeBSD在內的大部分Unix系統都自帶了這個工具； 而strace最初是爲SunOS系統編寫的，ltrace最先出如今GNU/DebianLinux中。 這兩個工具如今也已被移植到了大部分Unix系統中，大多數Linux發行版都自帶了strace和ltrace，而FreeBSD也可經過Ports安裝它們。 你不只能夠從命令行調試一個新開始的程序，也能夠把truss、strace或ltrace綁定到一個已有的PID上來調試一個正在運行的程序。三個調試工具的基本使用方法大致相同，下面僅介紹三者共有，並且是最經常使用的三個命令行參數： -f ：除了跟蹤當前進程外，還跟蹤其子進程。 -o file ：將輸出信息寫到文件file中，而不是顯示到標準錯誤輸出（stderr）。 -p pid ：綁定到一個由pid對應的正在運行的進程。此參數經常使用來調試後臺進程。 使用上述三個參數基本上就能夠完成大多數調試任務了，下面舉幾個命令行例子： truss -o ls.truss ls -al： 跟蹤ls -al的運行，將輸出信息寫到文件/tmp/ls.truss中。 strace -f -o vim.strace vim： 跟蹤vim及其子進程的運行，將輸出信息寫到文件vim.strace。 ltrace -p 234： 跟蹤一個pid爲234的已經在運行的進程。 三個調試工具的輸出結果格式也很類似，以strace爲例： brk(0) = 0×8062aa8 brk(0×8063000) = 0×8063000 mmap2(NULL, 4096, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0×92f) = 0×40016000 每一行都是一條系統調用，等號左邊是系統調用的函數名及其參數，右邊是該調用的返回值。 truss、strace和ltrace的工做原理大同小異，都是使用ptrace系統調用跟蹤調試運行中的進程，詳細原理不在本文討論範圍內，有興趣能夠參考它們的源代碼。 舉兩個實例演示如何利用這三個調試工具診斷軟件的」疑難雜症」： 案例一：運行clint出現Segment Fault錯誤 操做系統：FreeBSD-5.2.1-release clint是一個C++靜態源代碼分析工具，經過Ports安裝好以後，運行： # clint foo.cpp Segmentation fault (core dumped) 在Unix系統中碰見」Segmentation Fault」就像在MS Windows中彈出」非法操做」對話框同樣使人討厭。OK，咱們用truss給clint」把把脈」： # 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 咱們用truss跟蹤clint的系統調用執行狀況，並把結果輸出到文件clint.truss，而後用tail查看最後幾行。 注意看clint執行的最後一條系統調用（倒數第五行）：stat(」/root/.clint/plugins」,0xbfbfe680) ERR#2 ‘No such file or directory’，問題就出在這裏：clint找不到目錄」/root/.clint/plugins」，從而引起了段錯誤。怎樣解決？很簡單： mkdir -p /root/.clint/plugins，不過此次運行clint仍是會」Segmentation Fault」9。繼續用truss跟蹤，發現clint還須要這個目錄」/root/.clint/plugins/python」，建好這個目錄後 clint終於可以正常運行了。 案例二：vim啓動速度明顯變慢 操做系統：FreeBSD-5.2.1-release vim版本爲6.2.154，從命令行運行vim後，要等待近半分鐘才能進入編輯界面，並且沒有任何錯誤輸出。仔細檢查了.vimrc和全部的vim腳本都沒有錯誤配置，在網上也找不到相似問題的解決辦法，難不成要hacking source code？沒有必要，用truss就能找到問題所在： # truss -f -D -o vim.truss vim 這裏-D參數的做用是：在每行輸出前加上相對時間戳，即每執行一條系統調用所耗費的時間。咱們只要關注哪些系統調用耗費的時間比較長就能夠了，用less仔細查看輸出文件vim.truss，很快就找到了疑點： 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試圖鏈接10.57.18.27這臺主機的6000端口（第四行的connect（）），鏈接失敗後，睡眠一秒鐘繼續重試（第6行的 nanosleep（））。以上片段循環出現了十幾回，每次都要耗費一秒多鐘的時間，這就是vim明顯變慢的緣由。但是，你確定會納悶：」vim怎麼會平白無故鏈接其它計算機的6000端口呢？」。問得好，那麼請你回想一下6000是什麼服務的端口？沒錯，就是X Server。看來vim是要把輸出定向到一個遠程X Server，那麼Shell中確定定義了DISPLAY變量，查看.cshrc，果真有這麼一行：setenv DISPLAY ${REMOTEHOST}:0，把它註釋掉，再從新登陸，問題就解決了。 案例三：用調試工具掌握軟件的工做原理 操做系統：Red Hat Linux 9.0 用調試工具實時跟蹤軟件的運行狀況不只是診斷軟件」疑難雜症」的有效的手段，也可幫助咱們理清軟件的」脈絡」，即快速掌握軟件的運行流程和工做原理，不失爲一種學習源代碼的輔助方法。下面這個案例展示瞭如何使用strace經過跟蹤別的軟件來」觸發靈感」，從而解決軟件開發中的難題的。 你們都知道，在進程內打開一個文件，都有惟一一個文件描述符（fd：file descriptor）與這個文件對應。而本人在開發一個軟件過程當中遇到這樣一個問題： 已知一個fd，如何獲取這個fd所對應文件的完整路徑？不論是Linux、FreeBSD或是其它Unix系統都沒有提供這樣的API，怎麼辦呢？咱們換個角度思考：Unix下有沒有什麼軟件能夠獲取進程打開了哪些文件？若是你經驗足夠豐富，很容易想到lsof，使用它既能夠知道進程打開了哪些文件，也能夠了解一個文件被哪一個進程打開。好，咱們用一個小程序來試驗一下lsof，看它是如何獲取進程打開了哪些文件。lsof： 顯示進程打開的文件。 /* testlsof.c */ #include #include #include #include #include int main(void) { open(」/tmp/foo」, O_CREAT|O_RDONLY); /* 打開文件/tmp/foo */ sleep(1200); /* 睡眠1200秒，以便進行後續操做 */ return 0; } 將testlsof放入後臺運行，其pid爲3125。命令lsof -p 3125查看進程3125打開了哪些文件，咱們用strace跟蹤lsof的運行，輸出結果保存在lsof.strace中： # gcc testlsof.c -o testlsof # ./testlsof & [1] 3125 # strace -o lsof.strace lsof -p 3125 咱們以」/tmp/foo」爲關鍵字搜索輸出文件lsof.strace，結果只有一條： # grep ‘/tmp/foo’ lsof.strace readlink(」/proc/3125/fd/3″, 「/tmp/foo」, 4096) = 8 原來lsof巧妙的利用了/proc/nnnn/fd/目錄（nnnn爲pid）：Linux內核會爲每個進程在/proc/創建一個以其pid爲名的目錄用來保存進程的相關信息，而其子目錄fd保存的是該進程打開的全部文件的fd。目標離咱們很近了。好，咱們到/proc/3125/fd/看個究竟： # 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 答案已經很明顯了：/proc/nnnn/fd/目錄下的每個fd文件都是符號連接，而此連接就指向被該進程打開的一個文件。咱們只要用readlink()系統調用就能夠獲取某個fd對應的文件了，代碼以下： #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; } 出於安全方面的考慮，在FreeBSD 5 以後系統默認已經再也不自動裝載proc文件系統，所以，要想使用truss或strace跟蹤程序，你必須手工裝載proc文件系統：mount -t procfs proc /proc；或者在/etc/fstab中加上一行： proc /proc procfs rw 0 0