strace排除Linux服务器故障

strace是一个有用的小工具 – 大多数Linux系统默认已经安装 – 可以通过跟踪系统调用来让你知道一个程序在后台所做的事情。Strace是一个基础的调试工具;但是即便你不是在跟踪一个问题的时候它也是一个极好的软件。它能告诉你很多关于一个Linux程序怎样工作的信息。
　　一个系统调用就是一个从应用程序到内核的消息。现代计算机系统中的用户程序都是运行在一个沙箱里面：它们不允许直接与计算机交互(因此你不能像以前那样往寄存器里面塞一些数据来完成某些工作)。取而代之的是，每当程序需要与系统交互的时候，他就发送一个请求(系统调用)到内核。Strace就是用来跟踪这些消息的。因此请记住，如果你有一会儿看不到任何strace的输出，这也并不代表你的程序发生了阻塞。很有可能是程序在自己的沙箱里面做某些事情，而这些事情并不需要与系统的其它部分发生通信。
　　用法
　　Strace程序固然能做这些事情，但它总是直接将所有的东西输出到标准错误文件(也就是屏幕)。就像你将看到的那样，它会产生大量的输出;因此通常来说你最好用-o选项来设置一个输出文件：
　　

strace -o outputfile.txt program

　　有一些编辑器(如vim)能够对strace的输出进行语法高亮显示。这意味着文件的不同部分，以及每一行的不同部分都会用不同的颜色来显示。这个功能相当有用，我强烈建议你使用一个这样的编辑器来查看strace的输出。
　　命令输出解释
　　试一试strace -o strace.out ls –l，然后用你喜欢的编辑器打开strace.out，并且启用语法高亮。
　　在深入探索细节之前，先来看看每一行的基本结构。Strace记录了程序所发出的每一次系统调用，并且各自显示在单独的一行中。系统调用的名字出现在每一行的起始，参数出现在括号里面，返回值则在等号后面，是一行的终结。命令ls –l的头几行输出基本上是如下这个样子：

execve("/bin/ls", ["ls", "-l"], [/* 21 vars */]) = 0
　　brk(0) = 0x619000
　　mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x2b412f2b9000
　　uname({sys="Linux", node="juliet.example.com", ...}) = 0

　　第一行显示的是一个execve的系统调用，其参数如下：
　　?当前可执行程序的位置 (/bin/ls)
　　?一个从命令行传递过来的参数数组 (ls与-l)
　　?一个指向21个环境变量的指针，也是传递给该程序的。
　　返回值为0，表示执行成功。这就是所有系统调用都相同的基本结构。
　　所有在后台的内幕
　　接下来的几行跟内存管理有关。Brk改变数据段的大小，而mmap用来返回一个进程可用的内存位置。(如需要更多信息，请尝试man 2 mmap。)
　　再下面一行是uname系统调用，用来显示系统的详细信息。Uname所返回的是一个指针，它指向存储这些信息的一个数据结构。系统调用经常会返回指针：这是一个内存引用，告诉你到哪里去寻找这些信息。如果你是一台计算机，这非常有用，但如果你是一个人就未必了;因此为了方便起见，每当 __strace__看到一个指针的时候，它就自动帮你进行查找，然后返回(一部分)指针指向的内容。这正是上面在uname系统调用那里所发生的事情。
　　如果你继续查看strace的输出，你就会看到很多access和open的调用。Access查找一个文件(如果没找到就返回-1和一个错误码)，然后检查当前程序是否有访问权限。Open试图打开一个文件，如果成功的话就会将其连接到一个文件句柄(从3开始，因为0-2被用于STDIN、 STDOUT和STDERR)并返回这个句柄。然后，fstat会获取连接到该句柄的文件的有关信息，句柄通过第一个参数传递而来，就像这样(注意第二个参数是一个指针!)：
　　

fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=53482, ...}) = 0

　　在另一个mmap调用以后，文件将会被关闭。在ls的输出中，你会看到这个序列在库文件上面重复许多遍。而在那以后，对于每一个列出的文件还有 lstat、lgetxattr和getxattr等调用。这都是对每个文件获取信息用的。最后，每个文件都会按这种方式写到输出文件：
　　

stat("/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=3661, ...}) = 0
　　write(1, "-rw------- 1 juliet juliet 10"..., 72) = 72

　　编号为1和2的文件句柄 (STDOUT和STDERR)将会关闭，于是一切都完成了。
　　结论
　　这只是一个关于阅读strace输出的非常快速的介绍。要深入理解的话，最好的建议是去查看每个系统调用的手册页(man 2 <系统调用名>)，并且尝试着在各种程序中使用strace跟踪输出。在各种语言的‘Hello, World’程序上使用strace是一件非常有趣的事情。你还可以检查某个已经在运行的程序，然后用strace的-p PID选项来实时连接到其中的某一个。祝你在使用strace深入解剖你的程序时其乐无穷!
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，它能够显示所有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，而且不需要以任何特殊的方式来构建内核。
　　下面记录几个常用 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 

　　—————————————————
　　进程无法启动，软件运行速度突然变慢，程序的”SegmentFault”等等都是让每个Unix系统用户头痛的问题，
　　本文通过三个实际案例演示如何使用truss、strace和ltrace这三个常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情况，而 ltrace用来跟踪进程调用库函数的情况。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最早出现在GNU/DebianLinux中。
　　这两个工具现在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也可通过Ports安装它们。
　　
　　你不仅可以从命令行调试一个新开始的程序，也可以把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体相同，下面仅介绍三者共有，

而且是最常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。此参数常用来调试后台进程。 

　　
　　 使用上述三个参数基本上就可以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相似，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的工作原理大同小异，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，有兴趣可以参考它们的源代码。
　　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
　　
　　操作系统：FreeBSD-5.2.1-release
　　clint是一个C++静态源代码分析工具，通过Ports安装好之后，运行：
　　
　　

# clint foo.cpp 
　　Segmentation fault (core dumped) 

　　 在Unix系统中遇见”Segmentation Fault”就像在MS Windows中弹出”非法操作”对话框一样令人讨厌。OK，我们用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 

　　我们用truss跟踪clint的系统调用执行情况，并把结果输出到文件clint.truss，然后用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”，从而引发了段错误。怎样解决？很简单： mkdir -p /root/.clint/plugins，不过这次运行clint还是会”Segmentation Fault”9。继续用truss跟踪，发现clint还需要

这个目录”/root/.clint/plugins/python”，建好这个目录后 clint终于能够正常运行了。
　　
　　案例二：vim启动速度明显变慢
　　
　　操作系统：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，而且没有任何错误输出。仔细检查了.vimrc和所有的vim脚本都没有错误配置，在网上也找不到类似问题的解决办法，

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参数的作用是：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。我们只要关注哪些系统调用耗费的时间比较长就可以了，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试图连接10.57.18.27这台主机的6000端口（第四行的connect（）），连接失败后，睡眠一秒钟继续重试（第6行的 nanosleep（））。以上片断循环出现了十几次，每次都要耗费一秒多钟的时

间，这就是vim明显变慢的原因。可是，你肯定会纳闷：”vim怎么会无缘无故连接其它计算机的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中肯定定义了DISPLAY变量，查看.cshrc，果然有这么一行：setenv DISPLAY ${REMOTEHOST}:0，把它注释掉，再重新登录，问题就解决了。
　　
　　
　　案例三：用调试工具掌握软件的工作原理
　　
　　操作系统：Red Hat Linux 9.0
　　用调试工具实时跟踪软件的运行情况不仅是诊断软件”疑难杂症”的有效的手段，也可帮助我们理清软件的”脉络”，即快速掌握软件的运行流程和工作原理，不失为一种学习源代码的辅助方法。

下面这个案例展现了如何使用strace通过跟踪别的软件来”触发灵感”，从而解决软件开发中的难题的。
　　大家都知道，在进程内打开一个文件，都有唯一一个文件描述符（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？不管是Linux、FreeBSD或是其它Unix系统都没有提供这样的API，怎么办呢？我们换个角度思考：Unix下有没有什么软件可以获取进程打开了哪

些文件？如果你经验足够丰富，很容易想到lsof，使用它既可以知道进程打开了哪些文件，也可以了解一个文件被哪个进程打开。好，我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，以便进行后续操作 */ 
　　 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，我们用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 

　　
　　我们以”/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内核会为每一个进程在/proc/建立一个以其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所有文件

的fd。目标离我们很近了。好，我们到/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/目录下的每一个fd文件都是符号链接，而此链接就指向被该进程打开的一个文件。我们只要用readlink()系统调用就可以获取某个fd对应的文件了，代码如下：
　　
　　
　　

#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 之后系统默认已经不再自动装载proc文件系统，因此，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