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Linux系统strace工具使用方法

Linux系统中使用strace工具可以使用strace命令来检查各种错误,并且能够帮助我们分析程序或命令执行中遇到的异常情况。下面良许教程网为大家详细讲解一下Linux系统问题诊断工具strace的具体使用方法。

u=1005750994,462248292&fm=15&gp=0

一个简单的例子

如何使用strace对程序进行跟踪,如何查看相应的输出?下面我们通过一个例子来说明。

1.被跟踪程序示例

复制代码

 //main.c
 #include 
 #include 
 #include 
 int main( )
 {
   int fd ;
   int i = 0 ;
   fd = open( “/tmp/foo”, O_RDONLY ) ;
   if ( fd 

复制代码

以上程序尝试以只读的方式打开/tmp/foo文件,然后退出,其中只使用了open这一个系统调用函数。之后我们对该程序进行编译,生成可执行文件:

 lx@LX:~$ gcc main.c -o main

2.strace跟踪输出

使用以下命令,我们将使用strace对以上程序进行跟踪,并将结果重定向至main.strace文件:

 lx@LX:~$ strace -o main.strace ./main

接下来我们来看main.strace文件的内容:

复制代码

 lx@LX:~$ cat main.strace
 1 execve("./main", ["./main"], [/* 43 vars */]) = 0
 2 brk(0)                                  = 0x9ac4000
 3 access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
 4 mmap2(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7739000
 5 access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
 6 open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY)      = 3
 7 fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=80682, ...}) = 0
 8 mmap2(NULL, 80682, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb7725000
 9 close(3)                                = 0
 10 access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
 11 open("/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY) = 3
 12 read(3, "\177ELF\1\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\3\0\1\0\0\0\220o\1\0004\0\0\0"..., 512) = 512
 13 fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1434180, ...}) = 0
 14 mmap2(NULL, 1444360, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x56d000
 15 mprotect(0x6c7000, 4096, PROT_NONE)     = 0
 16 mmap2(0x6c8000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x15a) = 0x6c8000
 17 mmap2(0x6cb000, 10760, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x6cb000
 18 close(3)                                = 0
 19 mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7724000
 20 set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb77248d0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_    only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
 21 mprotect(0x6c8000, 8192, PROT_READ)     = 0
 22 mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ)    = 0
 23 mprotect(0x4b0000, 4096, PROT_READ)     = 0
 24 munmap(0xb7725000, 80682)               = 0
 25 open("/tmp/foo", O_RDONLY)              = -1 ENOENT (No such file or directory)
 26 exit_group(5)                           = ?
 //标红的行号为方便说明而添加,非strace执行输出

复制代码

看到这一堆输出,是否心生畏难情绪?不用担心,下面我们对输出逐条进行分析。

strace跟踪程序与系统交互时产生的系统调用,以上每一行就对应一个系统调用,格式为:

系统调用的名称( 参数… ) = 返回值 错误标志和描述

Line 1: 对于命令行下执行的程序,execve(或exec系列调用中的某一个)均为strace输出系统调用中的第一个。strace首先调用fork或clone函数新建一个子进程,然后在子进程中调用exec载入需要执行的程序(这里为./main)

Line 2: 以0作为参数调用brk,返回值为内存管理的起始地址(若在子进程中调用malloc,则从0x9ac4000地址开始分配空间)

Line 3: 调用access函数检验/etc/ld.so.nohwcap是否存在

Line 4: 使用mmap2函数进行匿名内存映射,以此来获取8192bytes内存空间,该空间起始地址为0xb7739000,关于匿名内存映射,可以看这里

Line 6: 调用open函数尝试打开/etc/ld.so.cache文件,返回文件描述符为3

Line 7: fstat64函数获取/etc/ld.so.cache文件信息

Line 8: 调用mmap2函数将/etc/ld.so.cache文件映射至内存,关于使用mmap映射文件至内存,可以看这里

Line 9: close关闭文件描述符为3指向的/etc/ld.so.cache文件

Line12: 调用read,从/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6该libc库文件中读取512bytes,即读取ELF头信息

Line15: 使用mprotect函数对0x6c7000起始的4096bytes空间进行保护(PROT_NONE表示不能访问,PROT_READ表示可以读取)

Line24: 调用munmap函数,将/etc/ld.so.cache文件从内存中去映射,与Line 8的mmap2对应

Line25: 对应源码中使用到的唯一的系统调用——open函数,使用其打开/tmp/foo文件

Line26: 子进程结束,退出码为5(为什么退出值为5?返回前面程序示例部分看看源码吧:)

3.输出分析

呼呼!看完这么多系统调用函数,是不是有点摸不着北?让我们从整体入手,回到主题strace上来。

从上面输出可以发现,真正能与源码对应上的只有open这一个系统调用(Line25),其他系统调用几乎都用于进行进程初始化工作:装载被执行程序、载入libc函数库、设置内存映射等。

源码中的if语句或其他代码在相应strace输出中并没有体现,因为它们并没有唤起系统调用。strace只关心程序与系统之间产生的交互,因而strace不适用于程序逻辑代码的排错和分析。

对于Linux中几百个系统调用,上面strace输出的几个只是冰山一角,想要更深入地了解Linux系统调用,那就man一下吧!

 man 2 系统调用名称
 man ld.so  //Linux动态链接的manpage

strace常用选项

该节介绍经常用到的几个strace命令选项,以及在何时使用这些选项合适。

1.跟踪子进程

默认情况下,strace只跟踪指定的进程,而不对指定进程中新建的子进程进行跟踪。使用-f选项,可对进程中新建的子进程进行跟踪,并在输出结果中打印相应进程PID:

复制代码

 mprotect(0x5b1000, 4096, PROT_READ)     = 0
 munmap(0xb77fc000, 80682)               = 0
 clone(Process 13600 attached
 child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0xb77fb938) = 13600
 [pid 13599] fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
 [pid 13600] fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
 [pid 13599] mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0 
 [pid 13600] mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb780f000
 ……

复制代码

对多进程程序、命令和脚本使用strace进行跟踪的时,一般打开-f选项。

2.记录系统调用时间

strace还可以记录程序与系统交互时,各个系统调用发生时的时间信息,有r、t、tt、ttt、T等几个选项,它们记录时间的方式为:

-T:  记录各个系统调用花费的时间,精确到微秒

-r:  以第一个系统调用(通常为execve)计时,精确到微秒

-t:  时:分:秒

-tt: 时:分:秒 . 微秒

-ttt: 计算机纪元以来的秒数 . 微秒

比较常用的为T选项,因为其提供了每个系统调用花费时间。而其他选项的时间记录既包含系统调用时间,又算上用户级代码执行用时,参考意义就小一些。对部分时间选项我们可以组合起来使用,例如:

复制代码

 strace -Tr ./main
 0.000000 execve(“./main”, [“main”], [/* 64 vars */]) = 0
 0.000931 fcntl64(0, F_GETFD)= 0 
 0.000090 fcntl64(1, F_GETFD)= 0 
 0.000060 fcntl64(2, F_GETFD)= 0 
 0.000054 uname({sys=”Linux”, node=”ion”, ...}) = 0 
 0.000307 geteuid32()= 7903 
 0.000040 getuid32()= 7903 
 0.000039 getegid32()= 200 
 0.000039 getgid32()= 200 
 ……

复制代码

最左边一列为-r选项对应的时间输出,最右边一列为-T选项对应的输出。

3.跟踪正在运行的进程

使用strace对运行中的程序进行跟踪,使用命令“strace -p PID”即可,命令执行之后,被跟踪的进程照常执行,strace的其他选项也适用于运行中的进程跟踪。

使用strace处理程序挂死

最后我们通过一个程序示例,学习使用strace分析程序挂死的方法。

1.挂死程序源码

复制代码

 //hang.c
 #include 
 #include 
 #include 
 #include 
 
 int main(int argc, char** argv)
 {
     getpid(); //该系统调用起到标识作用
     if(argc 

复制代码

可向该程序传送user和system参数,以上代码使用死循环模拟用户态挂死,调用sleep模拟内核态程序挂死。

2.strace跟踪输出

用户态挂死跟踪输出:

复制代码

 lx@LX:~$ gcc hang.c -o hang
 lx@LX:~$ strace ./hang user
 ……
 mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ)    = 0
 mprotect(0xb59000, 4096, PROT_READ)     = 0
 munmap(0xb77bf000, 80682)               = 0
 getpid()                                = 14539

复制代码

内核态挂死跟踪输出:

复制代码

 lx@LX:~$ strace ./hang system
 ……
 mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ)    = 0
 mprotect(0xddf000, 4096, PROT_READ)     = 0
 munmap(0xb7855000, 80682)               = 0
 getpid()                                = 14543
 rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0
 rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0
 rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0
 nanosleep({500, 0},

复制代码

3.输出分析

用户态挂死情况下,strace在getpid()一行输出之后没有其他系统调用输出;进程在内核态挂死,最后一行的系统调用nanosleep不能完整显示,这里nanosleep没有返回值表示该调用尚未完成。

因而我们可以得出以下结论:使用strace跟踪挂死程序,如果最后一行系统调用显示完整,程序在逻辑代码处挂死;如果最后一行系统调用显示不完整,程序在该系统调用处挂死。

当程序挂死在系统调用处,我们可以查看相应系统调用的man手册,了解在什么情况下该系统调用会出现挂死情况。另外,系统调用的参数也为我们提供了一些信息,例如挂死在如下系统调用:

 read(16,

那我们可以知道read函数正在对文件描述符为16的文件或socket进行读取,进一步地,我们可以使用lsof工具,获取对应于文件描述符为16的文件名、该文件被哪些进程占用等信息。

至此关于Linux系统中strace工具的使用方法分享结束,大家有任何问题都可以通过评论区将问题提交给我们。

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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