调试工具快速诊断软件的”疑难杂症

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，它可以显示全部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，并且不须要以任何特殊的方式来构建内核。 下面记录几个经常使用 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 ————————————————— 进程没法启动，软件运行速度忽然变慢，程序的”SegmentFault”等等都是让每一个Unix系统用户头痛的问题， 本文经过三个实际案例演示如何使用truss、strace和ltrace这三个经常使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状况，而 ltrace用来跟踪进程调用库函数的状况。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最先出如今GNU/DebianLinux中。 这两个工具如今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也可经过Ports安装它们。 你不只能够从命令行调试一个新开始的程序，也能够把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致相同，下面仅介绍三者共有，并且是最经常使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。此参数经常使用来调试后台进程。 使用上述三个参数基本上就能够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类似，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的工做原理大同小异，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，有兴趣能够参考它们的源代码。 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 操做系统：FreeBSD-5.2.1-release clint是一个C++静态源代码分析工具，经过Ports安装好以后，运行： # clint foo.cpp Segmentation fault (core dumped) 在Unix系统中碰见”Segmentation Fault”就像在MS Windows中弹出”非法操做”对话框同样使人讨厌。OK，咱们用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 咱们用truss跟踪clint的系统调用执行状况，并把结果输出到文件clint.truss，而后用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”，从而引起了段错误。怎样解决？很简单： mkdir -p /root/.clint/plugins，不过此次运行clint仍是会”Segmentation Fault”9。继续用truss跟踪，发现clint还须要这个目录”/root/.clint/plugins/python”，建好这个目录后 clint终于可以正常运行了。 案例二：vim启动速度明显变慢 操做系统：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，并且没有任何错误输出。仔细检查了.vimrc和全部的vim脚本都没有错误配置，在网上也找不到相似问题的解决办法，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参数的做用是：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。咱们只要关注哪些系统调用耗费的时间比较长就能够了，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试图链接10.57.18.27这台主机的6000端口（第四行的connect（）），链接失败后，睡眠一秒钟继续重试（第6行的 nanosleep（））。以上片段循环出现了十几回，每次都要耗费一秒多钟的时间，这就是vim明显变慢的缘由。但是，你确定会纳闷：”vim怎么会平白无故链接其它计算机的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中确定定义了DISPLAY变量，查看.cshrc，果真有这么一行：setenv DISPLAY ${REMOTEHOST}:0，把它注释掉，再从新登陆，问题就解决了。 案例三：用调试工具掌握软件的工做原理 操做系统：Red Hat Linux 9.0 用调试工具实时跟踪软件的运行状况不只是诊断软件”疑难杂症”的有效的手段，也可帮助咱们理清软件的”脉络”，即快速掌握软件的运行流程和工做原理，不失为一种学习源代码的辅助方法。下面这个案例展示了如何使用strace经过跟踪别的软件来”触发灵感”，从而解决软件开发中的难题的。 你们都知道，在进程内打开一个文件，都有惟一一个文件描述符（fd：file descriptor）与这个文件对应。而本人在开发一个软件过程当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？不论是Linux、FreeBSD或是其它Unix系统都没有提供这样的API，怎么办呢？咱们换个角度思考：Unix下有没有什么软件能够获取进程打开了哪些文件？若是你经验足够丰富，很容易想到lsof，使用它既能够知道进程打开了哪些文件，也能够了解一个文件被哪一个进程打开。好，咱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，以便进行后续操做 */ 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，咱们用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 咱们以”/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内核会为每个进程在/proc/创建一个以其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全部文件的fd。目标离咱们很近了。好，咱们到/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/目录下的每个fd文件都是符号连接，而此连接就指向被该进程打开的一个文件。咱们只要用readlink()系统调用就能够获取某个fd对应的文件了，代码以下： #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; } 出于安全方面的考虑，在FreeBSD 5 以后系统默认已经再也不自动装载proc文件系统，所以，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