Strace——隐藏的超能力
与任何操作系统一样，在运行 Linux 和相关应用程序时遇到问题并不罕见。在使用闭源程序时尤其如此，因为无法进行精细的代码检查。
与任何操作系统一样，在运行 Linux 和相关应用程序时遇到问题并不罕见。在使用闭源程序时尤其如此，因为无法进行精细的代码检查。因此，排除故障和解决问题并不是一个简单的过程。Linux 管理员和工程师很快发现需要补充实用程序。值得庆幸的是，他们并没有等太久。
Strace 在 Linux 之后不久推出，旨在解决其中的许多问题。正如官方网站所述，正式称为 Linux 系统调用调用程序，“Strace 是 Linux 的诊断、调试和指导用户空间实用程序”。您可以使用 Strace 来监督和操作进程如何与 Linux 内核交互。这包括：
系统调用
进程状态变化
信号传输
因此，该实用程序还可以帮助您解决自己的应用程序的问题。此类应用程序经常与其他资源进行外部交互，因此了解这些机制至关重要。Linux 内核的“ptrace”功能最终使 Strace 发挥其魔力。创建“ptrace”本身是为了促进系统调用跟踪和断点调试。
Strace 至今仍保持开源状态。存储库位于 GitHub 和 GitLab 中，并且还提供二进制包通过各种来源。Strace 的开发节奏更加谨慎，但其开发人员仍在继续推出新版本。
本介绍指南深入探讨了 Strace 及其用例、使用说明以及最佳实践。
为什么选择 Strace——考虑因素及更多
首先，了解 Strace 的功能和局限性是很有好处的。虽然该工具提供了大量有用的功能，但它并不意味着能够处理所有可以想象到的 Linux 故障排除过程。在 Strace 自己的文档中，明确指出了以下操作：
附加到正在运行的进程
打印与文件描述符相关的路径和详细信息
按系统调用类型过滤
仅通过特定路径跟踪系统调用
对从文件描述符读取/写入的所有数据执行完整的十六进制和 ASCII 转储
执行系统调用执行注入
计算系统调用总时间、调用和错误
使用 Strace 的复杂性可能有很大差异。您可以在 Linux CLI 中输入简短的一行命令并运行它，直到退出。相反，十六进制数据转储等操作可能需要输入大量特定参数、属性等。当然，这些命令可能需要更多时间来执行，因此更容易出错。
Strace 拦截并记录源自特定进程及其相关信号的系统调用。结果，Strace 打印任何关联的参数并将值返回到两个不同的目的地：标准错误或预定文件。您可以通过键入“-o”选项并输入文件路径来指定此文件名。
使用 Strace 可以轻松跟踪独立进程；但是，您可能会注意到，Strace 无法捕获命令执行期间您期望的所有信息。这就是子进程发挥作用的地方。您正在跟踪的父进程可能有多个与其关联的辅助进程。值得庆幸的是，您可以通过“-f”选项捕获这些子进程，同时附加您的程序名称。
strace 语法
Strace 和 Linux CLI 在每个 Strace 命令中利用多个运算符。这些选项有不同的用途，因此您可以使用它们来执行非常具体的操作。以下是一些常见的 Strace 命令构建块，称为 选项：
[-I n] – 指定可中断信号
[-b execve] – 用于从指定的系统调用分离或跟踪多线程进程
[-e expr] – 修改要跟踪的事件或跟踪方式跟踪它们
[-O overhead] – 设置跟踪系统调用的开销
[-S sortby] – 按特定标准对打印的直方图进行排序
[-U columns] – 配置顺序和显示的列集
[-a column] – 对齐特定列中的返回值
[-o file] – 指定打印目标
[-s strsize] – 指定可打印的最大数量字符串大小
[-X format] – 设置打印、命名常量和标志的格式
[-P path] – 仅跟踪访问给定路径的调用
[-p pid] –附加到指定进程 ID 并开始跟踪
[-E var=[val]] – 使用环境变量列表中给定的 var=val 运行命令
[-u username] – 运行命令具有用户 ID、组 ID 或补充组
每个括号内的斜体部分代表一个值或限定符，帮助 Strace 理解它应该做什么。这不是 Strace 命令和语法的详尽列表（在 选项 部分下找到此处），但它提供了以下内容的快照您可以利用一些基本功能。
还有一些关键系统调用您还应该熟悉：
read– 从文件描述符中读取字节
write– 从文件描述符写入字节
open– 打开文件并返回描述符
close– 关闭文件描述符
fork– 创建一个新进程，同时分叉当前进程
exec– 执行一个新程序
connect– 连接到网络主机
accept– 接受网络连接
stat– 读取文件统计信息
ioctl– 设置 I/O 属性或其他功能
mmap– 将文件映射到进程内存地址空间
brk– 扩展堆指针
主要要点是：即使利用这些基本列表中的信息，您仍然可以使用 Strace 执行大量操作。可用的调用和选项列表非常庞大，它们的功能涉及大多数应用程序或操作系统元素。
Linux CLI 在您的命令下以人类可读的格式发出响应；然而，这些响应的复杂性和长度可能相差很大。Strace 的输出数据量可能是压倒性的。
那些熟悉 Linux CLI 的人（如果您正在陷入这个兔子洞，建议您这样做）可以使用“echo”属性来促进更好的间距和整体格式。您可以指示 Strace 输出到标准输出而不是标准错误。
Strace 的缺点
了解 Strace 与您的应用程序和底层系统交互的深度非常重要。从操作系统的角度来看，您主要在“用户模式”下操作 - 命令行和 GUI 元素是正常使用期间执行的任何操作的基础；然而，当引入系统调用时，情况会变得有点复杂。这些调用在后台进行更深层次的操作，直接与 Linux 内核交互。默认情况下，系统调用享有更高的权限，并对系统性能产生巨大影响。
正如您想象的那样，打断、操纵和拨打新电话可能会影响当前通话。Strace 会暂停每个系统调用的目标进程两次，以对其进行正确分析。在这些情况下，Strace 读取并记录进程状态。不幸的是，如果大量使用这些操作，可能会频繁地暂停您的应用程序。因此，还会发生持续的上下文切换，从而在系统切换时增加执行时间。
因此，Strace 的性能开销会根据相关系统调用而变化。不幸的是，将 Strace 添加到现有系统调用中可能会使它们的执行时间变得相对缓慢。这可能会出现问题，具体取决于您的工作流程。最近的 Strace 迭代有助于减轻这些性能损失，尽管它仍然值得考虑。
示例 Strace 调用
下面是一个简单的 Strace 命令示例，您可以将 Strace 附加到当前正在运行的进程：
$ strace -p 1267您的输出确认该命令已执行，并显示 Strace 现在已“安装”相关进程：
strace: Process 1267 attached这是使用 Strace 时可能看到的最简单的输出之一。或者，如果您执行诸如 count 命令之类的操作，CLI 将显示一个包含上下文结果的表格：
因此，Strace 的输出差异很大，但虽然对于新手来说并不总是很容易理解，但它们很容易解释。运行程序命令非常相似，并且利用前面提到的多个系统调用之一。如果您只想打印打开的系统调用怎么办？只需在 PID 属性中输入目标进程 ID 即可启动进程：
$ strace -eopen -p PIDStrace 使用场景
总体而言，Strace 可能是在测试环境中使用的最佳或“最负责任”的方法。在这些情况下，性能和命令安全性并不重要，特别是因为您不会因中断而影响应用程序用户。Strace 的包装器和输出可以提供大量的故障排除信息。
Strace 的动态性能开销可能会给生产环境带来一些不确定性。超过延迟阈值可能会导致目标故障转移。也就是说，Strace 在某些生产场景中可能至关重要。就像混沌测试需要一定程度的实时用户实验来发现问题一样，当应用程序被沙箱化时，正确解决问题可能是不可能的。
结论
在正确的场景中，Strace 显然是一个非常有用的调试和故障排除工具。它可以帮助您更深入地了解您的应用程序以及它在运行时如何与 Linux 内核交互。这种透明度也延伸到第三方应用程序。
Strace 并非在所有情况下都是完美的。然而，它的灵活性吸引了经验丰富的管理员。总体而言，Strace 有助于构建 Linux 的开源基础，提供您可能无法获得的见解。
原创不易，随手关注或者”在看“，诚挚感谢！