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关于strace的一点东西

好久没写博客了,感觉有点羞愧,认为自己也应该静下心来利用自己可分配的时间去提升自己.
尽管近期在看一些Python的东西,但是认为自己还是不能忘记本行啊,Linux C的一些东西必须一直好好温习.
不废话,今天打算写一个简单的东西, strace , 应该都对它或多或少的知道一些.非常多时候除了core dump, backtrace的方式去排查程序的问题外, strace 跟踪调试也是不错的选择.

　　看一小段測试code:

　　/*
======================================================================
　　 *
　　 *       Filename:  strace_use_test.c
　　 *        Version:  1.0
　　 *        Created:  2014年07月19日 09时40分49秒
　　 *       Revision:  none
　　 *       Compiler:  clang
　　 *         Author:  sim szm, xianszm007@gmail.com
　　 *        Company:  Class 1107 of Computer Science and Technology
　　 *
　　 * ======================================================================
　　 */
　　
　　#include <unistd.h>
　　#include <assert.h>
　　#include <stdio.h>
　　#include <stdlib.h>
　　#include <sys/types.h>
　　#include <fcntl.h>
　　#include <sys/stat.h>
　　
　　int main(int argc, char *argv[])
　　{
　　        int fd,i=0;
　　        fd=open("/tmp/non_file",O_RDONLY);
　　        if(fd<0)
　　              i=2;
　　        else
　　              i=1;
　　        return i;
　　}

编译: gcc strace_use_test.c -o strace_use
　　生成跟踪文件: strace -o strace_use.txt ./strace_use (事实上就是跟踪结果重定向到文件)
　　我们来看下相应代码生成的strace_dump信息:

　　szm@szm-Lenovo:~/some_code$ cat strace_use.txt 
　　(1) execve("./strace_use", ["./strace_use"], [/* 74 vars */]) = 0
　　(2) brk(0)                                  = 0x8a92000
　　(3) uname({sys="Linux", node="szm-Lenovo", ...}) = 0
　　(4) access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　(5) mmap2(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb775d000
　　(6) access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　(7) open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
　　(8) fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=131876, ...}) = 0
　　(9)mmap2(NULL, 131876, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb773c000
　　(10) close(3)                                = 0
　　(11) access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　(12) open("/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
　　(13) read(3, "177ELF1113310002261004"..., 512) = 512
　　(14) fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1730024, ...}) = 0
　　(15) mmap2(NULL, 1743580, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xb7592000
　　(16) mprotect(0xb7735000, 4096, PROT_NONE)   = 0
　　(17) mmap2(0xb7736000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1a3) = 0xb7736000
　　(18) mmap2(0xb7739000, 10972, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7739000
　　(19) close(3)                                = 0
　　(20) mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7591000
　　(21) set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb75916c0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
　　(22) mprotect(0xb7736000, 8192, PROT_READ)   = 0
　　(23) mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ)    = 0
　　(24) mprotect(0xb777f000, 4096, PROT_READ)   = 0
　　(25) munmap(0xb773c000, 131876)              = 0
　　(26) open("/tmp/non_file", O_RDONLY)         = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　(27) exit_group(2)                           = ?

(当然,标号是我自己编辑上去的,哈哈)

看到这一堆,或许你会看到一些熟悉的函数调用,可是每行干嘛的预计是不是有点迷惑.所以我们来说说每一行都在干什么.事实上很多其它的就是每一行相应了一个系统调用:(以下的一些系统地址是我自己机子,换台机子肯定不同),几乎相同格式就是[系统调用的名( 參数... ) = 返回值错误标志和描写叙述] 这样的样子,还是看看啥意思吧.
　　 1: 对于命令行下运行的程序，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加载须要运行的程序(这里为./strace_use)
　　 2: 以0作为參数调用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0x8a92000地址開始分配空间)
　　 3: 调用access函数检验/etc/ld.so.nohwcap是否存在
　　 5: 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0xb775d000，匿名内存映射就是不涉及详细的文件名称,避免了文件的创建及打开,非常显然仅仅能用于具有亲缘关系的进程间通信(这个解释或许有点简单,google一下吧)
　　 7: 调用open函数尝试打开/etc/ld.so.cache文件。返回文件描写叙述符为3
　　 8: fstat64函数获取/etc/ld.so.cache文件信息
　　 9: 调用mmap2函数将/etc/ld.so.cache文件映射至内存
　　 10: close关闭文件描写叙述符为3指向的/etc/ld.so.cache文件
　　 13: 调用read，从/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6该libc库文件里读取512bytes，即读取ELF头信息
　　 16: 使用mprotect函数对0xb7735000,起始的4096bytes空间进行保护(PROT_NONE參数就是不能訪问，相应还有PROT_READ表示能够读取)
　　 25: 调用munmap函数。将/etc/ld.so.cache文件从内存中去映射，与9行的mmap2函数相应
　　 26: 相应源代码中使用到的唯一的系统调用——open函数。使用其打开/tmp/non_file文件
　　 27: 子进程结束。退出码为2(源代码返回值)
　　从之前的源代码看来,真正能与源代码相应上的仅仅有open这一个系统调用(Line 26)。其它系统调用差点儿都用于进行进程初始化工作：装载被运行程序、加载libc函数库、设置内存映射等。并且源代码中的if语句或其它代码在相应strace输出中并没有体现，由于它们并没有唤起系统调用。所以strace仅仅关心程序与系统之间产生的交互，进而strace不适用于程序逻辑代码的排错和分析。

当然对于Linux中几百个系统调用，上面strace输出的几个仅仅是非常小一块啦.
　　
　　以下说说strace一般经常使用的几点吧:
　　首先那就是跟踪进程喽, 默认情况下。strace仅仅跟踪指定的进程。而不正确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对应进程PID：
　　我们吧strace_use_test.c的代码改为例如以下:

　　/*
======================================================================
　　 *
　　 *       Filename:  strace_use_test.c
　　 *        Version:  1.0
　　 *        Created:  2014年07月19日 09时40分49秒
　　 *       Revision:  none
　　 *       Compiler:  clang
　　 *         Author:  sim szm, xianszm007@gmail.com
　　 *        Company:  Class 1107 of Computer Science and Technology
　　 *
　　 * ======================================================================
　　 */
　　
　　#include <unistd.h>
　　#include <assert.h>
　　#include <stdio.h>
　　#include <stdlib.h>
　　#include <sys/types.h>
　　#include <fcntl.h>
　　#include <sys/stat.h>
　　
　　int main(int argc, char *argv[])
　　{
　　        pid_t pid;
　　        pid=fork();
　　        if(pid>0){
　　                printf("child do_something here !
");
　　        }else if(pid==0){
　　                printf("parent area print!
");
　　        }else{
　　                perror("fork error !");
　　                _exit(0);
　　        }
　　        return 0;
　　}

相应加上 -f 选项跟踪父子进程, dump 信息例如以下:

　　szm@szm-Lenovo:~/some_code$ strace -o strace_use.txt -f ./strace_use 
　　parent area print!
　　child do_something here !
　　szm@szm-Lenovo:~/some_code$ cat strace_use.txt 
　　9256  execve("./strace_use", ["./strace_use"], [/* 74 vars */]) = 0
　　9256  brk(0)                            = 0x8d8d000
　　9256  uname({sys="Linux", node="szm-Lenovo", ...}) = 0
　　9256  access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　9256  mmap2(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7799000
　　9256  access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　9256  open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
　　9256  fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=131876, ...}) = 0
　　9256  mmap2(NULL, 131876, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb7778000
　　9256  close(3)                          = 0
　　9256  access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
　　9256  open("/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
　　9256  read(3, "177ELF1113310002261004"..., 512) = 512
　　9256  fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1730024, ...}) = 0
　　9256  mmap2(NULL, 1743580, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xb75ce000
　　9256  mprotect(0xb7771000, 4096, PROT_NONE) = 0
　　9256  mmap2(0xb7772000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1a3) = 0xb7772000
　　9256  mmap2(0xb7775000, 10972, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7775000
　　9256  close(3)                          = 0
　　9256  mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb75cd000
　　9256  set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb75cd6c0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
　　9256  mprotect(0xb7772000, 8192, PROT_READ) = 0
　　9256  mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ) = 0
　　9256  mprotect(0xb77bb000, 4096, PROT_READ) = 0
　　9256  munmap(0xb7778000, 131876)        = 0
　　9256  clone(child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0xb75cd728) = 9257
　　9257  fstat64(1,  <unfinished ...>
　　9256  fstat64(1,  <unfinished ...>
　　9257  <... fstat64 resumed> {st_mode=S_IFCHR|0600, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
　　9256  <... fstat64 resumed> {st_mode=S_IFCHR|0600, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
　　9257  mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0 <unfinished ...>
　　9256  mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0 <unfinished ...>
　　9257  <... mmap2 resumed> )             = 0xb7798000
　　9256  <... mmap2 resumed> )             = 0xb7798000
　　9257  write(1, "parent area print!
", 19 <unfinished ...>
　　9256  write(1, "child do_something here !
", 26 <unfinished ...>
　　9257  <... write resumed> )             = 19
　　9256  <... write resumed> )             = 26
　　9257  exit_group(0)                     = ?
　　9256  exit_group(0)                     = ?

9256 clone(child_stack=0,flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0xb75cd728) = 9257
即9256这个进程内核进行clone()产生9527.

所以非常多时候多进程的一些程序strace跟踪时,一般打开 -f 选项, 使用strace对执行中的程序进行跟踪。-p 參数就可以，命令执行之后。被跟踪的进程照常执行，strace的其它选项也适用于执行中的进程跟踪。有时间要求的时候,strace还能够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
　　
Strace 还能够用来推断程序挂起的问题,继续改动程序例如以下:

/*
======================================================================
 *
 *       Filename:  strace_use_test.c
 *        Version:  1.0
 *        Created:  2014年07月19日 09时40分49秒
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  clang
 *         Author:  sim szm, xianszm007@gmail.com
 *        Company:  Class 1107 of Computer Science and Technology
 *
 * ======================================================================
 */

#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
        printf("flag see !
");
        if(strcmp(argv[1],"flag1")==0){
                while(1);
        }else if(strcmp(argv[1],"flag2")==0){
                sleep(400);
        }
        return 0;
}

flag1 能够用来模拟用户态死循环挂死状态,flag2 能够用来模拟内核态挂死状态.由于sleep()是陷入内核的.
看下相应的 strace dump结果:
首先相应的是flag1

szm@szm-Lenovo:~/some_code$ strace ./strace_use flag1
execve("./strace_use", ["./strace_use", "flag1"], [/* 74 vars */]) = 0
brk(0)                                  = 0x8cff000
uname({sys="Linux", node="szm-Lenovo", ...}) = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
mmap2(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb77a8000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=131876, ...}) = 0
mmap2(NULL, 131876, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb7787000
close(3)                                = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "177ELF1113310002261004"..., 512) = 512
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1730024, ...}) = 0
mmap2(NULL, 1743580, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xb75dd000
mprotect(0xb7780000, 4096, PROT_NONE)   = 0
mmap2(0xb7781000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1a3) = 0xb7781000
mmap2(0xb7784000, 10972, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7784000
close(3)                                = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb75dc000
set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb75dc6c0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
mprotect(0xb7781000, 8192, PROT_READ)   = 0
mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ)    = 0
mprotect(0xb77ca000, 4096, PROT_READ)   = 0
munmap(0xb7787000, 131876)              = 0
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0600, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb77a7000
write(1, "flag see !
", 11flag see !
)            = 11

一直卡在这里循环

再看看flag2:

szm@szm-Lenovo:~/some_code$ strace ./strace_use flag2
execve("./strace_use", ["./strace_use", "flag2"], [/* 74 vars */]) = 0
brk(0)                                  = 0x83c0000
uname({sys="Linux", node="szm-Lenovo", ...}) = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
mmap2(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb777a000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=131876, ...}) = 0
mmap2(NULL, 131876, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb7759000
close(3)                                = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "177ELF1113310002261004"..., 512) = 512
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1730024, ...}) = 0
mmap2(NULL, 1743580, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xb75af000
mprotect(0xb7752000, 4096, PROT_NONE)   = 0
mmap2(0xb7753000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1a3) = 0xb7753000
mmap2(0xb7756000, 10972, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7756000
close(3)                                = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb75ae000
set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb75ae6c0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
mprotect(0xb7753000, 8192, PROT_READ)   = 0
mprotect(0x8049000, 4096, PROT_READ)    = 0
mprotect(0xb779c000, 4096, PROT_READ)   = 0
munmap(0xb7759000, 131876)              = 0
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0600, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7779000
write(1, "flag see !
", 11flag see !
)            = 11
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0
rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0
rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0
nanosleep({400, 0},

陷入sleep

　　从输出的跟踪信息能够看出两中情况的不同, 当用户态挂死情况下。strace在write(由调用的printf产生write进描写叙述符1,也就是标准输出) 一行输出之后没有其它系统调用输出。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毕 ) 所以我们就能够知道：使用strace跟踪挂死程序，假设最后一行系统调用显示完整，程序在逻辑代码处挂死。假设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，我们能够查看对应系统调用的man手冊。了解在什么情况下该系统调用会出现挂死情况。
　　
　　当然strace 还有其它一堆參数,就不说了,事实上我也没看,哈哈.经常使用跟踪进程信息使用方法的就是strace -o output.txt -T -tt -e trace=all -f -p pid (-e trace=all 意思是跟踪全部系统调用)

Ok, 周末一上午写篇Blog 总比睡觉好.Over .

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