Linux下的调试工具strace与ltrace

简介

很多时候我们希望可以看到一个进程调用了哪些API以及其调用顺序，例如我们要参考某个程序的实现，但我们又无法获得该程序的源代码时，使用系统调用跟踪命令不失为一个好办法。另外，在一些无法调试的环境上检查问题时，我们也可以用该命令来查看程序是否按预期执行。strace和dtruss都是同一类型的命令，strace是linux系统上的，而dtruss是mac系统上的。

strace常用来跟踪进程执行时的系统调用和所接收的信号。 在Linux世界，进程不能直接访问硬件设备，当进程需要访问硬件设备(比如读取磁盘文件，接收网络数据等等)时，必须由用户态模式切换至内核态模式，通 过系统调用访问硬件设备。strace可以跟踪到一个进程产生的系统调用,包括参数，返回值，执行消耗的时间。

命令

strace —— Trace system calls and signals。 跟踪进程的系统调用或信号产生的情况。
ltrace —— A library call tracer。 跟踪进程调用库函数的情况。

安装

yum -y install strace

strace参数

-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

详细用法

usage: strace [-dffhiqrtttTvVxx] [-a column] [-e expr] ... [-o file]

              [-p pid] ... [-s strsize] [-u username] [-E var=val] ...

              [command [arg ...]]

or: strace -c [-e expr] ... [-O overhead] [-S sortby] [-E var=val] ...

              [command [arg ...]]

常用选项

-f -F选项告诉strace同时跟踪fork和vfork出来的进程

-o xxx.txt 输出到某个文档.

-e execve 只记录 execve 这类系统调用.

命令实例

通用的完整用法：

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

上面的含义是 跟踪28979进程的所有系统调用（-e trace=all），并统计系统调用的花费时间，以及开始时间（并以可视化的时分秒格式显示），最后将记录结果存在output.txt文件里面。

输出参数含义

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。
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。

strace ltrace区别是

strace —— Trace system calls and signals （跟踪一个进程的系统调用或信号产生的情况）
ltrace —— A library call tracer （跟踪进程调用库函数的情况）
ltrace与strace都可以指定PID,即对运行中的程序进行跟踪.
ltrace与strace都可以跟踪程序fork或clone子进程.
ltrace是用-f参数,而strace是用-f(fork/clone)和-F(vfork)
ltrace -p PID与strace -p PID

strace、ltrace、truss共用参数

-f -F选项告诉strace同时跟踪fork和vfork出来的进程。除了可以跟踪当前进程，还可以跟踪其子进程。
-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）。
-e execve 只记录 execve 这类系统调用
-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。

strace、ltrace、truss命令使用示例

 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。