跟蹤系統調用和信號
strace命令 是一個集診斷、調試、統計與一體的工具，我們可以使用strace對應用的系統調用和信號傳遞的跟蹤結果來對應用進行分析，以達到解決問題或者是了解應用工作過程的目的。當然strace與專業的調試工具比如說gdb之類的是沒法相比的，因為它不是一個專業的調試器。
strace的最簡單的用法就是執行一個指定的命令，在指定的命令結束之后它也就退出了。在命令執行的過程中，strace會記錄和解析命令進程的所有系統調用以及這個進程所接收到的所有的信號值。
strace [ -dffhiqrtttTvxx ] [ -acolumn ] [ -eexpr ] ...
[ -ofile ] [-ppid ] ... [ -sstrsize ] [ -uusername ]
[ -Evar=val ] ... [ -Evar ]...
[command [ arg ... ] ]
strace -c [ -eexpr ] ... [ -Ooverhead ] [ -Ssortby ]
[ command [ arg... ] ]
-c 統計每一系統調用的所執行的時間,次數和出錯的次數等.
-d 輸出strace關于標準錯誤的調試信息.
-f 跟蹤由fork調用所產生的子進程.
-ff 如果提供-o filename,則所有進程的跟蹤結果輸出到相應的filename.pid中,pid是各進程的進程號.
-F 嘗試跟蹤vfork調用.在-f時,vfork不被跟蹤.
-h 輸出簡要的幫助信息.
-i 輸出系統調用的入口指針.
-q 禁止輸出關于脫離的消息.
-r 打印出相對時間關于,,每一個系統調用.
-t 在輸出中的每一行前加上時間信息.
-tt 在輸出中的每一行前加上時間信息,微秒級.
-ttt 微秒級輸出,以秒了表示時間.
-T 顯示每一調用所耗的時間.
-v 輸出所有的系統調用.一些調用關于環境變量,狀態,輸入輸出等調用由于使用頻繁,默認不輸出.
-V 輸出strace的版本信息.
-x 以十六進制形式輸出非標準字符串
-xx 所有字符串以十六進制形式輸出.
-a column 設置返回值的輸出位置.默認 為40.
-e expr 指定一個表達式,用來控制如何跟蹤.格式：[qualifier=][!]value1[,value2]...
qualifier只能是 trace,abbrev,verbose,raw,signal,read,write其中之一.value是用來限定的符號或數字.默認的 qualifier是 trace.感嘆號是否定符號.例如:-eopen等價于 -e trace=open,表示只跟蹤open調用.而-etrace!=open 表示跟蹤除了open以外的其他調用.有兩個特殊的符號 all 和 none. 注意有些shell使用!來執行歷史記錄里的命令,所以要使用\\.
-e trace=set 只跟蹤指定的系統 調用.例如:-e trace=open,close,rean,write表示只跟蹤這四個系統調用.默認的為set=all.
-e trace=file 只跟蹤有關文件操作的系統調用.
-e trace=process 只跟蹤有關進程控制的系統調用.
-e trace=network 跟蹤與網絡有關的所有系統調用.
-e strace=signal 跟蹤所有與系統信號有關的 系統調用
-e trace=ipc 跟蹤所有與進程通訊有關的系統調用
-e abbrev=set 設定strace輸出的系統調用的結果集.-v 等與 abbrev=none.默認為abbrev=all.
-e raw=set 將指定的系統調用的參數以十六進制顯示.
-e signal=set 指定跟蹤的系統信號.默認為all.如 signal=!SIGIO(或者signal=!io),表示不跟蹤SIGIO信號.
-e read=set 輸出從指定文件中讀出 的數據.例如: -e read=3,5
-e write=set 輸出寫入到指定文件中的數據.
-o filename 將strace的輸出寫入文件filename
-p pid 跟蹤指定的進程pid.
-s strsize 指定輸出的字符串的最大長度.默認為32.文件名一直全部輸出.
-u username 以username的UID和GID執行被跟蹤的命令
追蹤系統調用
現在我們做一個很簡單的程序來演示strace的基本用法。這個程序的C語言代碼如下：
# filename test.c
#include <stdio.h>
int main()
{
int a;
scanf("%d", &a);
printf("%09d\n", a);
return 0;
}
然后我們用gcc -o test test.c編譯一下，得到一個可執行的文件test。然后用strace調用執行：
strace ./test
執行期間會要求你輸入一個整數，我們輸入99，最后得到如下的結果：
// 直接執行test的結果
oracle@orainst[orcl]:~ $./test
// 執行的結果
99
000000099
// 通過strace執行test的結果
oracle@orainst[orcl]:~ $strace ./test
// strace的trace結果
execve("./test", ["./test"], [/* 41 vars */]) = 0
uname({sys="Linux", node="orainst.desktop.mycompany.com", ...}) = 0
brk(0) = 0x8078000
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=65900, ...}) = 0
old_mmap(NULL, 65900, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xbf5ef000
close(3) = 0
open("/lib/tls/libc.so.6", O_RDONLY) = 3
read(3, "\177ELF\1\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\3\0\1\0\0\0\200X\1"..., 512) = 512
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1571692, ...}) = 0
old_mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xbf5ee000
old_mmap(NULL, 1275340, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xa02000
old_mmap(0xb34000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED, 3, 0x132000) = 0xb34000
old_mmap(0xb37000, 9676, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb37000
close(3) = 0
set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xbf5ee740, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
munmap(0xbf5ef000, 65900) = 0
fstat64(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xbf5ff000
read(0, 99
"99\n", 1024) = 3
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xbf5fe000
write(1, "000000099\n", 10000000099
) = 10
munmap(0xbf5fe000, 4096) = 0
exit_group(0) = ?
從trace結構可以看到，系統首先調用execve開始一個新的進行，接著進行些環境的初始化操作，最后停頓在”read(0,”上面，這也就是執行到了我們的scanf函數，等待我們輸入數字呢，在輸入完99之后，在調用write函數將格式化后的數值”000000099″輸出到屏幕，最后調用exit_group退出進行，完成整個程序的執行過程。
跟蹤信號傳遞
我們還是使用上面的那個test程序，來觀察進程接收信號的情況。還是先strace ./test，等到等待輸入的畫面的時候不要輸入任何東西，然后打開另外一個窗口，輸入如下的命令
killall test
這時候就能看到我們的程序推出了，最后的trace結果如下：
oracle@orainst[orcl]:~
$strace ./test
execve("./test", ["./test"], [/* 41 vars */]) = 0
uname({sys="Linux", node="orainst.desktop.mycompany.com", ...}) = 0
brk(0) = 0x9ae2000
old_mmap(NULL, 65900, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xbf5ef000
close(3) = 0
open("/lib/tls/libc.so.6", O_RDONLY) = 3
read(3, "\177ELF\1\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\3\0\1\0\0\0\200X\1"..., 512) = 512
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1571692, ...}) = 0
old_mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xbf5ee000
old_mmap(NULL, 1275340, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x2e9000
old_mmap(0x41b000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED, 3, 0x132000) = 0x41b000
old_mmap(0x41e000, 9676, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x41e000
close(3) = 0
set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xbf5ee740, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
munmap(0xbf5ef000, 65900) = 0
fstat64(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xbf5ff000
read(0, 0xbf5ff000, 1024) = ? ERESTARTSYS (To be restarted)
--- SIGTERM (Terminated) @ 0 (0) ---
+++ killed by SIGTERM +++
trace中很清楚的告訴你test進程”+++ killed by SIGTERM +++”。
系統調用統計
strace不光能追蹤系統調用，通過使用參數-c，它還能將進程所有的系統調用做一個統計分析給你，下面就來看看strace的統計，這次我們執行帶-c參數的strace：
strace -c ./test
最后能得到這樣的trace結果：
oracle@orainst[orcl]:~
$strace -c ./test
execve("./test", ["./test"], [/* 41 vars */]) = 0
% time seconds usecs/call calls errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
45.90 0.000140 5 27 25 open
34.43 0.000105 4 24 21 stat64
7.54 0.000023 5 5 old_mmap
2.62 0.000008 8 1 munmap
1.97 0.000006 6 1 uname
1.97 0.000006 2 3 fstat64
1.64 0.000005 3 2 1 read
1.31 0.000004 2 2 close
0.98 0.000003 3 1 brk
0.98 0.000003 3 1 mmap2
0.66 0.000002 2 1 set_thread_area
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00 0.000305 68 47 total
這里很清楚的告訴你調用了那些系統函數，調用次數多少，消耗了多少時間等等這些信息，這個對我們分析一個程序來說是非常有用的。
除了-c參數之外，strace還提供了其他有用的參數給我們，讓我們能很方便的得到自己想要的信息，下面就對那些常用的參數一一做個介紹。
重定向輸出
參數-o用在將strace的結果輸出到文件中，如果不指定-o參數的話，默認的輸出設備是STDERR，也就是說使用”-o filename”和” 2>filename”的結果是一樣的。
# 這兩個命令都是將strace結果輸出到文件test.txt中
strace -c -o test.txt ./test
strace -c ./test 2>test.txt
對系統調用進行計時
strace可以使用參數-T將每個系統調用所花費的時間打印出來，每個調用的時間花銷現在在調用行最右邊的尖括號里面。
oracle@orainst[orcl]:~
$strace -T ./test
// 這里只摘錄部分結果
read(0, 1
"1\n", 1024) = 2 <2.673455>
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0 <0.000014>
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xbf5fe000 <0.000017>
write(1, "000000001\n", 10000000001
) = 10 <0.000016>
munmap(0xbf5fe000, 4096) = 0 <0.000020>
exit_group(0) = ?
系統調用的時間
這是一個很有用的功能，strace會將每次系統調用的發生時間記錄下來，只要使用-t/tt/ttt三個參數就可以看到效果了，具體的例子可以自己去嘗試。
參數名 | 輸出樣式 | 說明 --- | --- | --- -t | 10:33:04 exit_group(0) | 輸出結果精確到秒 -tt | 10:33:48.159682 exit_group(0) | 輸出結果精確到微妙 -ttt | 1262169244.788478 exit_group(0) | 精確到微妙，而且時間表示為unix時間戳
截斷輸出
-s參數用于指定trace結果的每一行輸出的字符串的長度，下面看看test程序中-s參數對結果有什么影響，現指定-s為20，然后在read的是是很我們輸入一個超過20個字符的數字串
strace -s 20 ./test
read(0, 2222222222222222222222222 // 我們輸入的2一共有25個
"22222222222222222222"..., 1024) = 26 // 而我們看到的結果中2只有20個
trace一個現有的進程
strace不光能自己初始化一個進程進行trace，還能追蹤現有的進程，參數-p就是取這個作用的，用法也很簡單，具體如下。
strace -p pid
說了那么多的功能和參數，現在我們來一個實用點的，就是研究下Oracle的lgwr進程，看看這個進程是不是像文檔所說的那樣沒3s鐘寫一次log文件，考慮到lgwr寫日志的觸發條件比較多，我們需要找一個空閑的Oracle實例做這個實驗。
我們先要得到lgwr進程的pid，運行下面的命令
ps -ef|grep lgwr
oracle 5912 1 0 Nov12 ? 00:14:56 ora_lgwr_orcl
得到lgwr的pid是5912，現在啟動strace，然后將trace的幾個輸出到lgwr.txt文件中，執行下面的命令
strace -tt -s 10 -o lgwr.txt -p 5912
過一會之后停止strace，然后查看結果。由于輸出的結果比較多，為了方便我們只看Oracle寫入log文件時用的pwrite函數的調用
grep pwrite\(20 lgwr.txt
等等，為什么grep的時候用的是”pwrite(2″呢？，因為我知道我這個機器打開的當前的log文件的句柄編號都是2開始的。具體查找方法是先使用下面的語句找出當前活動的日志文件都有哪些：
select member, v$log.status from v$log, v$logfile
where v$log.group#=v$logfile.group#;
得到
MEMBER STATUS
-------------------------------------------------- ----------------
/db/databases/orcl/redo-01-a/redo-t01-g03-m1.log INACTIVE
/db/databases/orcl/redo-03-a/redo-t01-g03-m2.log INACTIVE
/db/databases/orcl/redo-02-a/redo-t01-g02-m1.log CURRENT
/db/databases/orcl/redo-04-a/redo-t01-g02-m2.log CURRENT
/db/databases/orcl/redo-01-a/redo-t01-g01-m1.log INACTIVE
/db/databases/orcl/redo-03-a/redo-t01-g01-m2.log INACTIVE
/db/databases/orcl/redo-02-a/redo-t01-g04-m1.log INACTIVE
/db/databases/orcl/redo-04-a/redo-t01-g04-m2.log INACTIVE
然后到/proc中去找打開文件的句柄：
ll /proc/.5912/fd/
得到
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 18 -> /db/databases/orcl/redo-01-a/redo-t01-g01-m1.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 19 -> /db/databases/orcl/redo-03-a/redo-t01-g01-m2.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 20 -> /db/databases/orcl/redo-02-a/redo-t01-g02-m1.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 21 -> /db/databases/orcl/redo-04-a/redo-t01-g02-m2.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 22 -> /db/databases/orcl/redo-01-a/redo-t01-g03-m1.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 23 -> /db/databases/orcl/redo-03-a/redo-t01-g03-m2.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 24 -> /db/databases/orcl/redo-02-a/redo-t01-g04-m1.log
lrwx------ 1 oracle dba 64 Dec 30 10:55 25 -> /db/databases/orcl/redo-04-a/redo-t01-g04-m2.log
現在能看到我機器當前日志文件的句柄分別是20和21。
現在我們得到如下結果
11:13:55.603245 pwrite(20, "\1\"\0\0J!"..., 1536, 4363264) = 1536
11:13:55.603569 pwrite(21, "\1\"\0\0J!"..., 1536, 4363264) = 1536
11:13:55.606888 pwrite(20, "\1\"\0\0M!"..., 1536, 4364800) = 1536
11:13:55.607172 pwrite(21, "\1\"\0\0M!"..., 1536, 4364800) = 1536
11:13:55.607934 pwrite(20, "\1\"\0\0P!"..., 1536, 4366336) = 1536
11:13:55.608199 pwrite(21, "\1\"\0\0P!"..., 1536, 4366336) = 1536
11:13:55.610260 pwrite(20, "\1\"\0\0S!"..., 1536, 4367872) = 1536
11:13:55.610530 pwrite(21, "\1\"\0\0S!"..., 1536, 4367872) = 1536
11:14:00.602446 pwrite(20, "\1\"\0\0V!"..., 1536, 4369408) = 1536
11:14:00.602750 pwrite(21, "\1\"\0\0V!"..., 1536, 4369408) = 1536
11:14:00.606386 pwrite(20, "\1\"\0\0Y!"..., 1536, 4370944) = 1536
11:14:00.606676 pwrite(21, "\1\"\0\0Y!"..., 1536, 4370944) = 1536
11:14:00.607900 pwrite(20, "\1\"\0\0\\"..., 1024, 4372480) = 1024
11:14:00.608161 pwrite(21, "\1\"\0\0\\"..., 1024, 4372480) = 1024
11:14:00.608816 pwrite(20, "\1\"\0\0^!"..., 1024, 4373504) = 1024
11:14:00.609071 pwrite(21, "\1\"\0\0^!"..., 1024, 4373504) = 1024
11:14:00.611142 pwrite(20, "\1\"\0\0`!"..., 1536, 4374528) = 1536
11:14:00.611454 pwrite(21, "\1\"\0\0`!"..., 1536, 4374528) = 1536
11:14:05.602804 pwrite(20, "\1\"\0\0c!"..., 1024, 4376064) = 1024
11:14:05.603119 pwrite(21, "\1\"\0\0c!"..., 1024, 4376064) = 1024
11:14:05.607731 pwrite(20, "\1\"\0\0e!"..., 1024, 4377088) = 1024
11:14:05.608020 pwrite(21, "\1\"\0\0e!"..., 1024, 4377088) = 1024
11:14:05.608690 pwrite(20, "\1\"\0\0g!"..., 1024, 4378112) = 1024
11:14:05.608962 pwrite(21, "\1\"\0\0g!"..., 1024, 4378112) = 1024
11:14:05.611022 pwrite(20, "\1\"\0\0i!"..., 1536, 4379136) = 1536
11:14:05.611283 pwrite(21, "\1\"\0\0i!"..., 1536, 4379136) = 1536