深入剖析Linux：使用strace和lstrace (linux strace lstrace)
在Linux系统中，一些问题并不总是那么容易发现和解决。例如，当你遇到程序意外终止或出现意想不到的错误时，追踪程序的调用可能非常困难，需要对程序进行逐步分析来确定问题的根本原因。幸运的是，Linux为开发者和管理员提供了一个非常强大的工具，即strace和ltrace。
strace和ltrace是两个基于Linux内核的追踪工具，它们可以用来监测进程的系统调用和库调用。当你运行一个程序时，它会调用许多不同的系统和库函数，这些函数运行在内核和用户空间的交界处。strace和ltrace可以捕获这些函数的调用，并打印出它们的参数和返回值。
strace和ltrace的区别在于它们追踪的内容不同。strace追踪系统调用，而ltrace追踪库函数调用。这两个工具在使用上非常相似，你可以根据需要来选择使用哪一个。
在本文中，我们将对strace和ltrace进行深入剖析，并介绍它们的使用方法和一些实际案例。我们将从简单的示例开始，并逐步深入了解这些工具的高级功能。
使用strace
我们来学习如何使用strace。strace是一个命令行工具，你可以通过以下命令在终端中使用它：
“`
strace
“`
这个命令将运行指定的，同时生成一个跟踪记录。当执行系统调用时，strace会记录下来，并将其结果打印到终端上。
例如，我们可以使用strace追踪一个简单的ls命令，例如：
“`
strace ls
“`
这个命令将输出如下结果：
“`
execve(“/bin/ls”, [“ls”], 0x7ffd758a8cc0 /* 43 vars */) = 0
brk(NULL) = 0x563c43ab3000
access(“/etc/ld.so.nohwcap”, F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
access(“/etc/ld.so.preload”, R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, “/etc/ld.so.cache”, O_RDON|O_CLOEXEC) = 3
…
“`
这里，我们可以看到ls命令执行了许多系统调用，例如execve（启动新进程）、access（访问文件或目录）、openat（打开文件或目录）、write（写入数据）等。
strace提供了许多命令行选项，允许你控制跟踪记录的详细程度。以下是一些常用选项：
– -c：统计每种系统调用的使用次数和所用时间。
– -f：跟踪子进程的系统调用。
– -p ：跟踪已存在的进程，而不是新进程。
– -s ：更改字符串打印输出的更大长度。
– -t：在每条记录前显示时间戳。
你可以通过man strace命令查看完整的选项列表和帮助文档。
以下是一些使用strace的实例：
1. 统计一个命令的系统调用和所用时间：
“`
strace -c ls
“`
这个命令将输出类似于以下的结果：
“`
% time seconds usecs/call calls errors syscall
—— ———– ———– ——— ——— —————-
20.11 0.000017 0 103 read
16.43 0.000014 0 292 17 openat
6.87 0.000006 0 70 11 stat
5.08 0.000004 0 103 fstat
…
“`
这里，我们可以看到ls命令执行了哪些系统调用，它们被调用了多少次，以及它们所占用的时间比例。
2. 跟踪进程的所有系统调用：
“`
strace -f
“`
这个命令将输出父进程和它创建的所有子进程调用的系统调用。
3. 跟踪一个已存在的进程：
“`
strace -p
“`
这个命令将跟踪指定pid的进程，而不是启动新进程。
使用ltrace
接下来，我们来学习如何使用ltrace。ltrace的使用方法与strace非常相似，但它追踪的是库函数，不是系统调用。
ltrace的使用方式如下：
“`
ltrace
“`
这个命令将运行指定的，同时生成一个跟踪记录。当执行库函数调用时，ltrace会记录下来，并将其结果打印到终端上。
例如，我们可以使用ltrace追踪一个简单的ls命令，例如：
“`
ltrace ls
“`
这个命令将输出如下结果：
“`
__libc_start_mn(0x55974217bacc, 1, 0x7ffcd0956a68, 0x55974217bc70, 0x55974217bc80
__fxstat64(3, 0x7ffd97c55590, 0x7ffd97c55550, 0x55974217c850) = 0
ioctl(0, TIOCGWINSZ, 0x7ffd97c55ac0) = -1 ENOTTY (Not a tty)
__ctype_get_mb_cur_max(0x55974217bb34, 0x55974217bea0, 36, 0x7ffd97c556c0) = 1
getenv(“LS_COLORS”) = 0x7ffd97c55700
…
“`
这里，我们可以看到ls命令执行了哪些库函数调用，例如__libc_start_mn（程序入口点）、__fxstat64（获取文件状态信息）、getenv（获取环境变量）等。
ltrace提供了一些常用的选项，例如：
– -c：统计每种库函数的使用次数和所用时间。
– -f：跟踪子进程的库函数调用。
– -p ：跟踪已存在的进程，而不是新进程。
– -s ：更改字符串打印输出的更大长度。
– -t：在每条记录前显示时间戳。
你可以通过man ltrace命令查看完整的选项列表和帮助文档。
以下是一些使用ltrace的实例：
1. 统计一个命令的库函数调用和所用时间：
“`
ltrace -c ls
“`
这个命令将输出类似于以下的结果：
“`
% time seconds usecs/call calls function
—— ———– ———– ——— ——————–
37.18 0.001142 0 29503 __ctype_get_mb_cur_max
24.03 0.000737 0 4989 strcmp
8.37 0.000257 0 2678 getenv
7.19 0.000221 0 8900 __fxstat64
…
“`
这里，我们可以看到ls命令执行了哪些库函数调用，它们被调用了多少次，以及它们所占用的时间比例。
2. 跟踪进程的所有库函数调用：
“`
ltrace -f
“`
这个命令将输出父进程和它创建的所有子进程调用的库函数。
3. 跟踪一个已存在的进程：
“`
ltrace -p
“`
这个命令将跟踪指定pid的进程，而不是启动新进程。
结论
strace和ltrace是两个非常强大的工具，可以用来跟踪Linux进程执行的系统调用和库函数调用。它们可以帮助开发者和管理员确定程序中的错误，并解决各种难以调试的问题。
在使用strace和ltrace时，需要注意一些注意事项。例如，跟踪记录可能会非常详细和冗长，需要耐心仔细地分析。此外，strace和ltrace可能会影响程序性能，因此建议在生产环境中使用时慎重考虑。
