Linux 调试工具

gprof

代码信息

代码：N皇后问题，N=14

bool place(int *result, int row)
{
for(int i = 1; i < row; i++)
    {
if(result[i] == result[row]  ||  abs(i-row) == abs(result[i] - result[row]))
        {
return false;
        }
    }
return true;
}

调用关系

main->queen->recursion->place

profile 信息

-pg: 生成profile信息，供gprof使用 
-g: 生成调试信息

g++ -pg -g queen.cpp -o queen

gmon.out 文件

root@ubuntu:~/gprof# ./queen 
365596
root@ubuntu:~/gprof# ls
gmon.out  queen  queen.cpp

性能分析

函数级耗时 -p

gprof queen gmon.out -b -p
  %     cumulative      self               self    total           
 time      seconds   seconds   calls     s/call   s/call  name    
60.14      8.60      8.60    377901398    0.00     0.00  place(int*, int)
22.48     11.81      3.21        1        3.21    14.21  recursion(int*, int, int, int&)
16.78     14.21      2.40   3609962696    0.00     0.00  std::abs<int>(int)

% time: 该函数占用总运行时间的百分比 
cumulative seconds:累积时间，即上述列表中，self seconds累积和。 
self seconds:运行该函数耗时，不包含子函数耗时。 
calls:函数调用次数 
self s/call:调用该函数一次的平均耗时。（self seconds / calls）。 
total s/call:调用该函数一次的平均耗时，包括子函数。

recursion 自身运行一次平均需要3.21秒，若包含子函数，则平均需要14.21秒。place平均耗时均为0，是因为调用次数过多，而大部分调用，几乎可以瞬间完成。

place函数实际耗时为：2.40 + 8.60 = 11.00

行级耗时 -l

gprof queen gmon.out -b -l
 %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls  ms/call  ms/call  name    
 50.77      7.26     7.26                             place() (queen.cpp:9)
  9.37      8.60     1.34 3609962696   0.00   0.00　 　std::abs<int>() (cmath:99)
  8.04      9.75     1.15                             recursion() (queen.cpp:27)

函数调用图 -q

gprof queen gmon.out -b -q
index % time    self  children    called     name

                8.60    2.40 377901398/377901398     recursion(int*, int, int, int&) [3]
[4]     76.9    8.60    2.40 377901398               place(int*, int) [4]
                2.40    0.00 3609962696/3609962696   std::abs(int) [5]

self: 自身调用耗时 
children: 子函数调用耗时

place 行首行尾[4]表明该列表分析place调用关系；377901398为调用次数。 
recursion为place父函数；x/y，recursion调用place函数x次，程序共调用place函数y次。 
abs为place子函数；x/y，place调用abs函数x次，程序供调用abs函数y次。 
参考：How to read gprof output

代码直观显示 -A

            bool place(int *result, int row)  
377901398->{  
for(int i = 1; i < row; i++)  
               {  
if(result[i] == result[row]  ||  abs(i-row) == abs(result[i] - result[row]))  
                   {
return false;  
                   }
               }  

return true;  
            }  

实战

综上: 对于palce函数来说，其中的abs消耗时间较多，成为了瓶颈。

int diff_a = i - row;
int diff_b = result[i] - result[row];

if (diff_a == diff_b || diff_a == -diff_b)
{
return false;
}

Each sample counts as 0.01 seconds.
  %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls   s/call   s/call  name    
 82.62      8.48     8.48 377901398     0.00    0.00  place(int*, int)
 17.38     10.27     1.78        1     1.78    10.27  recursion(int*, int, int, int&)

place消耗时间为8.48秒，比优化前11秒，节省了2.52秒。

strace

trace system calls and signals

int main()
{
char text[256];
    FILE *fp = fopen("pattern_text", "r");

while (fp && fgets(text, 256, fp))
{
puts(text);
    }

return 0;
}

列出全部系统调用

strace ./a.out

root@ubuntu:~/strace# strace ./a.out 
execve(“./a.out”, [“./a.out”], [/* 16 vars */]) = 0 
brk(0) = 0x80a8000 
……

指定查看系统调用 -e

strace -e open ./a.out
strace -e trace=open,read ./a.out

open(“pattern_text”, O_RDONLY) = 3 
read(3, “Hello World!\n”, 4096) = 13

显示文件名 -y

strace -y -e trace=open,read ./a.out

open(“pattern_text”, O_RDONLY) = 3 
read(3, “Hello World!\n”, 4096) = 13

显示系统调用时间 -r -t

-r 相对时间，-t 绝对时间

strace -r -e write ./a.out

0.006490 write(1, “Hello World!\n”, 13Hello World!) = 13 
0.007378 write(1, “\n”, 1) = 1

显示概略 -c

strace -c -e trace=read ./a.out

% time　 seconds　　usecs/call　calls　syscall 
　0.00　0.000000　　　　0　　　　3　　read

多进程跟踪

-f 追踪fork 
-ff 单独输出，输出文件名以-o指定文件名+pid

strace -f -ff -o rec -e write ./fork

追踪已运行进程 -p

strace -p 1645 -e write

信号追踪

void func(int signo)
{
printf("got signal\n");
}

int main()
{
    signal(SIGUSR1, func);
    sleep(100);
return 0;
}

nanosleep({100, 0}, {73, 160744108}) = ? ERESTART_RESTARTBLOCK (Interrupted by signal) 
— SIGUSR1 {si_signo=SIGUSR1, si_code=SI_USER, si_pid=914, si_uid=0} — 
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0600, st_rdev=makedev(136, 0), …}) = 0

ltrace

A library call tracer。追踪库函数调用，用法与strace类似。

ltrace ./a.out

fopen(“pattern_text”, “r”) = 0x9d8a008 
fgets(“Hello World!\n”, 256, 0x9d8a008) = 0xbfe01bec 
puts(“Hello World!\n”Hello World!) = 14 
fgets(nil, 256, 0x9d8a008) = 0

lsof

文件

#查看用户spch2008打开的文件
lsof -u spch2008

#多用户查询
lsof -u spch2008,root

#取反
lsof -u ^spch2008

#查看程序打开的文件
lsof -c taf

#查看进程打开的文件
lsof -p pid

#查看文件描述符关联的文件
lsof -d fd  

#查看某个文件打开信息
lsof file_path

网络

#查看打开的网络
lsof -i

#查看协议
lsof -i udp

#查看端口
lsof -i :22

#查看协议与端口
lsof -i tcp:22

#查看unix domain socket#
lsof -U

组合

或的方式组合表达式

#查看某个进程打开的文件或某个程序打开的文件
lsof -c taf -p 1039

且的方式组合表达式 -a

lsof -a -u spch2008 -i tcp

杂项

-t: 只输出pid

root@ubuntu:~/gprof# lsof -a -i -u spch2008
COMMAND  PID     USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
sshd    1039 spch2008    3u  IPv4  10976      0t0  TCP 10.0.2.15:ssh->10.0.2.2:57083

root@ubuntu:~/gprof# lsof -a -i -u spch2008 -t
1039

可以用于某些操作，比如kill -9 `lsof -a -i -u spch2008 -t`

dmesg

The dmesg command is used to write the kernel messages in Linux and other Unix-like operating systems to standard output (which by default is the display screen).