strace使用方法

簡介

strace常用來跟蹤進程執行時的系統調用和所接收的信號。在Linux世界，進程不能直接訪問硬件設備，當進程需要訪問硬件設備(比如讀取磁盤文件，接收網絡數據等等)時，必須由用戶態模式切換至內核態模式，通過系統調用訪問硬件設備。strace可以跟蹤到一個進程產生的系統調用,包括參數，返回值，執行消耗的時間。

輸出參數含義

root@ubuntu:/usr#strace cat /dev/null
execve("/bin/cat", ["cat", "/dev/null"], [/* 22 vars */]) = 0
brk(0)                                  = 0xab1000
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS,-1, 0) = 0x7f29379a7000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
...
brk(0) = 0xab1000
brk(0xad2000) = 0xad2000
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
open("/dev/null", O_RDONLY) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFCHR|0666, st_rdev=makedev(1, 3), ...}) = 0
read(3, "", 32768) = 0
close(3) = 0
close(1) = 0
close(2) = 0
exit_group(0) = ?

每一行都是一條系統調用，等號左邊是系統調用的函數名及其參數，右邊是該調用的返回值。
strace 顯示這些調用的參數并返回符號形式的值。strace 從內核接收信息，而且不需要以任何特殊的方式來構建內核。

strace參數

-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.格式如下:
[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

命令實例

通用的完整用法：

strace-o output.txt -T -tt -e trace=all -p 28979

上面的含義是跟蹤28979進程的所有系統調用（-e trace=all），并統計系統調用的花費時間，以及開始時間（并以可視化的時分秒格式顯示），最后將記錄結果存在output.txt文件里面。

strace案例

用strace調試程序

在理想世界里，每當一個程序不能正常執行一個功能時，它就會給出一個有用的錯誤提示，告訴你在足夠的改正錯誤的線索。但遺憾的是，我們不是生活在理想世界里，起碼不總是生活在理想世界里。有時候一個程序出現了問題，你無法找到原因。
這就是調試程序出現的原因。strace是一個必不可少的調試工具，strace用來監視系統調用。你不僅可以調試一個新開始的程序，也可以調試一個已經在運行的程序（把strace綁定到一個已有的PID上面）。
首先讓我們看一個真實的例子：啟動KDE時出現問題
前一段時間，我在啟動KDE的時候出了問題，KDE的錯誤信息無法給我任何有幫助的線索。

_KDE_IceTransSocketCreateListener:failed to bind listener
_KDE_IceTransSocketUNIXCreateListener: ...SocketCreateListener() failed
_KDE_IceTransMakeAllCOTSServerListeners: failed to create listener for local

Cannot establish any listening sockets DCOPServer self-test failed.

對我來說這個錯誤信息沒有太多意義，只是一個對KDE來說至關重要的負責進程間通信的程序無法啟動。我還可以知道這個錯誤和ICE協議（Inter Client Exchange）有關，除此之外，我不知道什么是KDE啟動出錯的原因。

我決定采用strace看一下在啟動 dcopserver時到底程序做了什么：

strace-f -F -o ~/dcop-strace.txt dcopserver

這里 -f -F選項告訴strace同時跟蹤fork和vfork出來的進程，-o選項把所有strace輸出寫到~/dcop-strace.txt里面，dcopserver是要啟動和調試的程序。

再次出現錯誤之后，我檢查了錯誤輸出文件dcop-strace.txt，文件里有很多系統調用的記錄。在程序運行出錯前的有關記錄如下：

27207 mkdir("/tmp/.ICE-unix", 0777) = -1 EEXIST (File exists)
27207 lstat64("/tmp/.ICE-unix", {st_mode=S_IFDIR|S_ISVTX|0755, st_size=4096, ...}) = 0
27207 unlink("/tmp/.ICE-unix/dcop27207-1066844596") = -1 ENOENT (No such file or directory)
27207 bind(3, {sin_family=AF_UNIX, path="/tmp/.ICE-unix/dcop27207-1066844596"}, 38) = -1 EACCES(Permission denied)
27207 write(2, "_KDE_IceTrans", 13) = 13
27207 write(2, "SocketCreateListener: failed to "..., 46) = 46
27207 close(3) = 027207 write(2, "_KDE_IceTrans", 13) = 13
27207 write(2, "SocketUNIXCreateListener: ...Soc"..., 59) = 59
27207 umask(0) = 027207 write(2, "_KDE_IceTrans", 13) = 13
27207 write(2, "MakeAllCOTSServerListeners: fail"..., 64) = 64
27207 write(2, "Cannot establish any listening s"..., 39) = 39

其中第一行顯示程序試圖創建/tmp/.ICE-unix目錄，權限為0777，這個操作因為目錄已經存在而失敗了。第二個系統調用（lstat64）檢查了目錄狀態，并顯示這個目錄的權限是0755，這里出現了第一個程序運行錯誤的線索：程序試圖創建屬性為0777的目錄，但是已經存在了一個屬性為 0755的目錄。第三個系統調用（unlink）試圖刪除一個文件，但是這個文件并不存在。這并不奇怪，因為這個操作只是試圖刪掉可能存在的老文件。

但是，第四行確認了錯誤所在。他試圖綁定到/tmp/.ICE-unix/dcop27207-1066844596，但是出現了拒絕訪問錯誤。. ICE_unix目錄的用戶和組都是root，并且只有所有者具有寫權限。一個非root用戶無法在這個目錄下面建立文件，如果把目錄屬性改成0777，則前面的操作有可能可以執行，而這正是第一步錯誤出現時進行過的操作。

所以我運行了chmod 0777/tmp/.ICE-unix之后KDE就可以正常啟動了，問題解決了，用strace進行跟蹤調試只需要花很短的幾分鐘時間跟蹤程序運行，然后檢查并分析輸出文件。

說明：運行chmod 0777只是一個測試，一般不要把一個目錄設置成所有用戶可讀寫，同時不設置粘滯位(sticky bit)。給目錄設置粘滯位可以阻止一個用戶隨意刪除可寫目錄下面其他人的文件。一般你會發現/tmp目錄因為這個原因設置了粘滯位。KDE可以正常啟動之后，運行chmod +t /tmp/.ICE-unix給.ICE_unix設置粘滯位。

解決庫依賴問題

starce 的另一個用處是解決和動態庫相關的問題。當對一個可執行文件運行ldd時，它會告訴你程序使用的動態庫和找到動態庫的位置。但是如果你正在使用一個比較老的glibc版本（2.2或更早），你可能會有一個有bug的ldd程序，它可能會報告在一個目錄下發現一個動態庫，但是真正運行程序時動態連接程序（/lib/ld-linux.so.2）卻可能到另外一個目錄去找動態連接庫。這通常因為/etc/ld.so.conf和 /etc/ld.so.cache文件不一致，或者/etc/ld.so.cache被破壞。在glibc 2.3.2版本上這個錯誤不會出現，可能ld-linux的這個bug已經被解決了。

盡管這樣，ldd并不能把所有程序依賴的動態庫列出來，系統調用dlopen可以在需要的時候自動調入需要的動態庫，而這些庫可能不會被ldd列出來。作為glibc的一部分的NSS（Name Server Switch）庫就是一個典型的例子，NSS的一個作用就是告訴應用程序到哪里去尋找系統帳號數據庫。應用程序不會直接連接到NSS庫，glibc則會通過dlopen自動調入NSS庫。如果這樣的庫偶然丟失，你不會被告知存在庫依賴問題，但這樣的程序就無法通過用戶名解析得到用戶ID了。讓我們看一個例子：
whoami程序會給出你自己的用戶名，這個程序在一些需要知道運行程序的真正用戶的腳本程序里面非常有用，whoami的一個示例輸出如下：

#whoami
root

假設因為某種原因在升級glibc的過程中負責用戶名和用戶ID轉換的庫NSS丟失，我們可以通過把nss庫改名來模擬這個環境：

# mv/lib/libnss_files.so.2 /lib/libnss_files.so.2.backup
# whoami
whoami: cannot find username for UID 0

這里你可以看到，運行whoami時出現了錯誤，ldd程序的輸出不會提供有用的幫助：

#ldd /usr/bin/whoami
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x4001f000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

你只會看到whoami依賴Libc.so.6和ld-linux.so.2，它沒有給出運行whoami所必須的其他庫。這里時用strace跟蹤 whoami時的輸出：

strace-o whoami-strace.txt whoami

open("/lib/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/i686/mmx/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64("/lib/i686/mmx", 0xbffff190) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/i686/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64("/lib/i686", 0xbffff190) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/mmx/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64("/lib/mmx", 0xbffff190) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64("/lib", {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=2352, ...}) = 0
open("/usr/lib/i686/mmx/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64("/usr/lib/i686/mmx", 0xbffff190) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/usr/lib/i686/libnss_files.so.2", O_RDONLY) = -1 ENOENT (No such file or directory)

你可以發現在不同目錄下面查找libnss.so.2的嘗試，但是都失敗了。如果沒有strace這樣的工具，很難發現這個錯誤是由于缺少動態庫造成的。現在只需要找到libnss.so.2并把它放回到正確的位置就可以了。　

限制strace只跟蹤特定的系統調用

如果你已經知道你要找什么，你可以讓strace只跟蹤一些類型的系統調用。例如，你需要看看在configure腳本里面執行的程序，你需要監視的系統調用就是execve。讓strace只記錄execve的調用用這個命令：