使用strace+pstack利器分析程序性能

引言

有時咱們須要對程序進行優化、減小程序響應時間。除了一段段地對代碼進行時間複雜度分析，咱們還有更便捷的方法嗎？

若能直接找到影響程序運行時間的函數調用，再有針對地對相關函數進行代碼分析和優化，那相比漫無目的地看代碼，效率就高多了。

將strace和pstack工具結合起來使用，就能夠達到以上目的。strace跟蹤程序使用的底層系統調用，可輸出系統調用被執行的時間點以及各個調用耗時；pstack工具對指定PID的進程輸出函數調用棧。

下面咱們經過一個簡單的消息收發程序，說明使用strace、pstack進行程序分析的具體方法。

strace查看系統調用
首先咱們拉起server/client程序，並使用strace對server進程進行跟蹤：

# ps -elf | grep server | grep -v grep
0 S root 16739 22642 0 76 0 - 634 1024 14:26 pts/2 00:00:00 ./server
# strace -o server.strace -Ttt -p 16739
Process 16739 attached - interrupt to quit

 

稍等一段時間以後，咱們將strace停掉， server.strace文件中有如下輸出：

14:46:39.741366 select(8, [3 4], NULL, NULL, {1, 0}) = 1 (in [4], left {0, 1648}) <0.998415>
14:46:40.739965 recvfrom(4, "hello", 6, 0, NULL, NULL) = 5 <0.000068>
14:46:40.740241 write(1, "hello\n", 6)  = 6 <0.000066>
14:46:40.740414 rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0 <0.000046>
14:46:40.740565 rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0 <0.000048>
14:46:40.740715 rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0 <0.000046>
14:46:40.740853 nanosleep({1, 0}, {1, 0}) = 0 <1.000276>
14:46:41.741284 sendto(4, "hello\0", 6, 0, NULL, 0) = 6 <0.000111>

能夠看到server接收數據以後(對應recvfrom調用)，通過1s左右時間將消息發出(對應sendto調用)，從響應時間看，與抓包的結果吻合。又能夠看出nanosleep系統調用耗費了1s時間。

於是能夠判定響應延時由nanosleep對應的函數調用形成。

那具體是哪個函數調用呢？在strace輸出結果中並不能找到答案，因其輸出顯示都是系統調用，要顯示程序中函數調用棧信息，就輪到pstack上場了。

 

pstack查看函數堆棧
pstack是一個腳本工具，其核心實現就是使用了gdb以及thread apply all bt命令，下面咱們使用pstack查看server進程函數堆棧：

# sh pstack.sh 16739
#0 0x00002ba1f8152650 in __nanosleep_nocancel () from /lib64/libc.so.6
#1 0x00002ba1f8152489 in sleep () from /lib64/libc.so.6
#2 0x00000000004007bb in ha_ha ()
#3 0x0000000000400a53 in main ()

從以上信息能夠看出，函數調用關係爲：main->ha_ha->sleep，於是咱們能夠找到ha_ha函數進行分析和優化修改。

小結
本文經過一個server/client程序事例，說明了使用strace和pstack分析響應延時的方法。

由最初server端響應慢現象，到使用strace跟蹤出具體耗時的系統調用，再到使用pstack查到程序中具體的耗時函數，一步步找到了影響程序運行時間的程序代碼。

更多地瞭解底層，從操做系統層面着手，更有助於程序性能分析與優化。