用Strace诊断问题

早些年，如果你知道有个 strace 命令，就很牛了，而现在大家基本都知道 strace 了，如果你遇到性能问题求助别人，十有八九会建议你用 strace 挂上去看看，不过当你挂上去了，看着满屏翻滚的字符，却十有八九看不出个所以然。本文通过一个简单的案例，向你展示一下在用 strace 诊断问题时的一些套路。

-c 统计每一系统调用的所执行的时间,次数和出错的次数等. 
-d 输出strace关于标准错误的调试信息. 
-f 跟踪由fork调用所产生的子进程. 
-ff 如果提供-o filename,则所有进程的跟踪结果输出到相应的filename.pid中,pid是各进程的进程号. 
-F 尝试跟踪vfork调用.在-f时,vfork不被跟踪. 
-h 输出简要的帮助信息. 
-i 输出系统调用的入口指针. 
-q 禁止输出关于脱离的消息. 
-r 打印出相对时间关于,,每一个系统调用. 
-t 在输出中的每一行前加上时间信息. 
-tt 在输出中的每一行前加上时间信息,微秒级. 
-ttt 微秒级输出,以秒了表示时间. 
-T 显示每一调用所耗的时间. 
-v 输出所有的系统调用.一些调用关于环境变量,状态,输入输出等调用由于使用频繁,默认不输出. 
-V 输出strace的版本信息. 
-x 以十六进制形式输出非标准字符串 
-xx 所有字符串以十六进制形式输出. 
-a column 
设置返回值的输出位置.默认 为40. 
-e expr 
指定一个表达式,用来控制如何跟踪.格式如下: 
[qualifier=][!]value1[,value2]... 
qualifier只能是 trace,abbrev,verbose,raw,signal,read,write其中之一.value是用来限定的符号或数字.默认的 qualifier是 trace.感叹号是否定符号.例如: 
-eopen等价于 -e trace=open,表示只跟踪open调用.而-etrace!=open表示跟踪除了open以外的其他调用.有两个特殊的符号 all 和 none. 
注意有些shell使用!来执行历史记录里的命令,所以要使用\\. 
-e trace=set 
只跟踪指定的系统 调用.例如:-e trace=open,close,rean,write表示只跟踪这四个系统调用.默认的为set=all. 
-e trace=file 
只跟踪有关文件操作的系统调用. 
-e trace=process 
只跟踪有关进程控制的系统调用. 
-e trace=network 
跟踪与网络有关的所有系统调用. 
-e strace=signal 
跟踪所有与系统信号有关的 系统调用 
-e trace=ipc 
跟踪所有与进程通讯有关的系统调用 
-e abbrev=set 
设定 strace输出的系统调用的结果集.-v 等与 abbrev=none.默认为abbrev=all. 
-e raw=set 
将指 定的系统调用的参数以十六进制显示. 
-e signal=set 
指定跟踪的系统信号.默认为all.如 signal=!SIGIO(或者signal=!io),表示不跟踪SIGIO信号. 
-e read=set 
输出从指定文件中读出 的数据.例如: 
-e read=3,5 
-e write=set 
输出写入到指定文件中的数据. 
-o filename 
将strace的输出写入文件filename 
-p pid 
跟踪指定的进程pid. 
-s strsize 
指定输出的字符串的最大长度.默认为32.文件名一直全部输出. 
-u username 
以username 的UID和GID执行被跟踪的命令

如下真实案例，如有雷同，实属必然！让我们看一台高负载服务器的 top 结果：

top

技巧：运行 top 时，按「1」打开 CPU 列表，按「shift+p」以 CPU 排序。

在本例中大家很容易发现 CPU 主要是被若干个 PHP 进程占用了，同时 PHP 进程占用的比较多的内存，不过系统内存尚有结余，SWAP 也不严重，这并不是问题主因。

不过在 CPU 列表中能看到 CPU 主要消耗在内核态「sy」，而不是用户态「us」，和我们的经验不符。Linux 操作系统有很多用来跟踪程序行为的工具，内核态的函数调用跟踪用「strace」，用户态的函数调用跟踪用「ltrace」，所以这里我们应该用「strace」：

shell> strace -p 

不过如果直接用 strace 跟踪某个进程的话，那么等待你的往往是满屏翻滚的字符，想从这里看出问题的症结并不是一件容易的事情，好在 strace  可以按操作汇总时间：

shell> strace -cp 

通过「c」选项用来汇总各个操作的总耗时，运行后的结果大概如下图所示：

strace -cp

很明显，我们能看到 CPU 主要被 clone 操作消耗了，还可以单独跟踪一下 clone：

shell> strace -T -e clone -p 

通过「T」选项可以获取操作实际消耗的时间，通过「e」选项可以跟踪某个操作：

strace -T -e clone -p

很明显，一个 clone 操作需要几百毫秒，至于 clone 的含义，参考 man 文档：

clone() creates a new process, in a manner similar to fork(2). It is actually a library function layered on top of the underlying clone() system call, hereinafter referred to as sys_clone. A description of sys_clone is given towards the end of this page.

Unlike fork(2), these calls allow the child process to share parts of its execution context with the calling process, such as the memory space, the table of file descriptors, and the table of signal handlers. (Note that on this manual page, “calling process” normally corresponds to “parent process”. But see the description of CLONE_PARENT below.)

简单来说，就是创建一个新进程。那么在 PHP 里什么时候会出现此类系统调用呢？查询业务代码看到了 exec 函数，通过如下命令验证它确实会导致 clone 系统调用：

shell> strace -eclone php -r 'exec("ls");'

最后再考大家一个题：如果我们用 strace 跟踪一个进程，输出结果很少，是不是说明进程很空闲？其实试试 ltrace，可能会发现别有洞天。记住有内核态和用户态之分。