做网站好还是网店,做网站的文件,成都注册公司代理公司,网络推广专员的岗位职责是system call(系统调用)是程序向内核请求服务的一种编程方式#xff0c;strace是一个功能强大的工具#xff0c;可以跟踪用户进程和 Linux 内核之间的交互。
要了解操作系统如何工作#xff0c;首先需要了解系统调用如何工作。操作系统的主要功能之一是为用户程序提供了一个…system call(系统调用)是程序向内核请求服务的一种编程方式strace是一个功能强大的工具可以跟踪用户进程和 Linux 内核之间的交互。
要了解操作系统如何工作首先需要了解系统调用如何工作。操作系统的主要功能之一是为用户程序提供了一个抽象。
操作系统大致可以分为两种模式
内核模式(Kernel mode:操作系统内核使用的特权且强大的模式 用户模式(User mode)大多数用户应用程序运行的地方 用户主要使用命令行程序和图形用户界面 (GUI) 来完成日常任务。系统调用在后台默默工作与内核交互以完成工作。
system call(系统调用)与function call(函数调用)非常相似都接受并处理参数和返回值。唯一的区别是system call进入内核而function call则不进入内核。从用户空间切换到内核空间是使用特殊的trap机制完成的。
下面将通过一些通用命令来使用 strace 分析每个命令进行的系统调用并探索一些实际示例。 范例将使用 Red Hat Enterprise Linux这些命令在其他 Linux 发行版上的工作方式应该也相同
[rootsandbox ~]# cat /etc/redhat-release
Red Hat Enterprise Linux Server release 7.7 (Maipo)
[rootsandbox ~]#
[rootsandbox ~]# uname -r
3.10.0-1062.el7.x86_64
[rootsandbox ~]# 首先确保系统上安装了所需的工具。 使用下面的 RPM 命令验证是否安装了 strace 并使用 -V 选项检查 strace 实用程序版本号
[rootsandbox ~]# rpm -qa | grep -i strace
strace-4.12-9.el7.x86_64
[rootsandbox ~]#
[rootsandbox ~]# strace -V
strace -- version 4.12
[rootsandbox ~]# 如果没有安装使用如下命令安装
yum install strace基于演示的目的在 /tmp 中创建一个测试目录并使用 touch 命令创建两个文件
[rootsandbox ~]# cd /tmp/
[rootsandbox tmp]#
[rootsandbox tmp]# mkdir testdir
[rootsandbox tmp]#
[rootsandbox tmp]# touch testdir/file1
[rootsandbox tmp]# touch testdir/file2
[rootsandbox tmp]#我使用 /tmp 目录是因为每个人都可以访问它其实也可以选择其他目录。
验证文件是否是在 testdir 目录上使用 ls 命令创建的
[rootsandbox tmp]# ls testdir/
file1 file2
[rootsandbox tmp]#可能每天都使用 ls 命令但其实他的工作是基于到系统调用之上。它的工作原理如下 Command-line utility - Invokes functions from system libraries (glibc) - Invokes system calls ls 命令在 Linux 上内部调用系统库又名 glibc中的函数。 这些库调用完成大部分工作的系统调用。 如果想知道从 glibc 库调用了哪些函数可以使用 ltrace 命令后跟常规 ls testdir/ 命令
ltrace ls testdir/如果没有安装可以使用如下命令安装
yum install ltrace一堆输出将被转储到屏幕上 不用担心——只要跟着做就可以了。 ltrace 命令输出中与本示例相关的一些重要库函数包括
opendir(testdir/) { 3 }
readdir({ 3 }) { 101879119, . }
readdir({ 3 }) { 134, .. }
readdir({ 3 }) { 101879120, file1 }
strlen(file1) 5
memcpy(0x1665be0, file1\0, 6) 0x1665be0
readdir({ 3 }) { 101879122, file2 }
strlen(file2) 5
memcpy(0x166dcb0, file2\0, 6) 0x166dcb0
readdir({ 3 }) nil
closedir({ 3 }) 通过查看上面的输出可能可以理解发生了什么。 opendir 库函数正在打开一个名为 testdir 的目录然后调用 readdir 函数来读取该目录的内容。 最后调用 closedir 函数该函数关闭之前打开的目录。 暂时忽略其他 strlen 和 memcpy 函数。
可以看到正在调用哪些库函数但本文将重点讨论由系统库函数调用的系统调用。
与上面类似要了解调用了哪些系统调用只需将 strace 放在 ls testdir 命令之前即可如下所示。 再次一堆乱码将被转储到您的屏幕上
[rootsandbox tmp]# strace ls testdir/
execve(/usr/bin/ls, [ls, testdir/], [/* 40 vars */]) 0
brk(NULL) 0x1f12000truncated strace output
write(1, file1 file2\n, 13file1 file2
) 13
close(1) 0
munmap(0x7fd002c8d000, 4096) 0
close(2) 0
exit_group(0) ?exited with 0
[rootsandbox tmp]# 运行 strace 命令后屏幕上的输出只是为运行 ls 命令而进行的系统调用。 每个系统调用都有特定的操作系统用途它们可以大致分为以下几部分 1.Process management system calls 2.File management system calls 3.Directory and filesystem management system calls 4.Other system calls 分析转储到屏幕上的信息的一种更简单的方法是使用 strace 的 -o 选项将输出记录到文件中。 在 -o 标志后添加合适的文件名并再次运行命令
[rootsandbox tmp]# strace -o trace.log ls testdir/
file1 file2
[rootsandbox tmp]#这次没有输出转储到屏幕上 - ls 命令按预期工作显示文件名并将所有输出记录到文件 trace.log 中。 仅一个简单的 ls 命令该文件就有近 100 行内容
[rootsandbox tmp]# ls -l trace.log
-rw-r--r--. 1 root root 7809 Oct 12 13:52 trace.log
[rootsandbox tmp]#
[rootsandbox tmp]# wc -l trace.log
114 trace.log
[rootsandbox tmp]# 看一下示例的trace.log 中的第一行
execve(/usr/bin/ls, [ls, testdir/], [/* 40 vars */]) 01.该行的 execve 是正在执行的系统调用的名称。 2.括号内的文本是提供给系统调用的参数。 3. 符号后面的数字在本例中为 0是 execve 系统调用返回的值。
这只是范本解释 可以应用相同的逻辑来理解其他行。
现在将注意力集中到调用的单个命令即 ls testdir。 知道命令 ls 使用的目录名称grep testdir trace.log 详细查看每一行结果
[rootsandbox tmp]# grep testdir trace.log
execve(/usr/bin/ls, [ls, testdir/], [/* 40 vars */]) 0
stat(testdir/, {st_modeS_IFDIR|0755, st_size32, ...}) 0
openat(AT_FDCWD, testdir/, O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) 3
[rootsandbox tmp]# 回顾一下上面对execve的分析能看出这个系统调用是做什么的吗
execve(/usr/bin/ls, [ls, testdir/], [/* 40 vars */]) 0不需要记住所有的系统调用或它们的作用因为您可以在需要时参考文档。 手册页来救援 在运行 man 命令之前确保安装了以下软件包
[rootsandbox tmp]# rpm -qa | grep -i man-pages
man-pages-3.53-5.el7.noarch
[rootsandbox tmp]# 请记住需要在 man 命令和需要查询的系统调用名称之间添加 2。 如果使用 man man 阅读 man 的手册页可以看到第 2 部分是为系统调用保留的。 同样如果需要库函数的信息则需要在man和库函数名之间添加3。
[rootsandbox tmp]# man man1 Executable programs or shell commands2 System calls (functions provided by the kernel)3 Library calls (functions within program libraries)4 Special files (usually found in /dev)5 File formats and conventions eg /etc/passwd6 Games7 Miscellaneous (including macro packages and conventions), e.g. man(7), groff(7)8 System administration commands (usually only for root)9 Kernel routines [Non standard]以下 man 命令查看上面范例中涉及的execve系统调用的文档
man 2 execve输出如下
EXECVE(2) Linux Programmer’s Manual EXECVE(2)DESCRIPTIONexecve() executes the program pointed to by filename. filename must be either a binary executable, or a script starting with a line of the form #! interpreter [arg]. In the latter case, the interpreter must be avalid pathname for an executable which is not itself a script, which will be invoked as interpreter [arg] filename根据 execve 手册页说名这个execve系统调用会执行一个作为参数传入的程序在本例中为 ls。 还可以向 ls 提供其他参数例如本示例中的 testdir。 因此该系统调用仅以 testdir 作为参数运行 ls
下一个名为 stat 的系统调用使用 testdir 参数
stat(testdir/, {st_modeS_IFDIR|0755, st_size32, ...}) 0使用 man 2 stat 访问文档。 stat 是获取文件状态的系统调用 - 请记住Linux 中的所有内容都是文件包括目录。
接下来openat 系统调用打开 testdir。 留意返回的 3。 这是文件描述后面的系统调用会用到
openat(AT_FDCWD, testdir/, O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) 3到目前为止一切都很好。 现在打开trace.log 文件并转到openat 系统调用后面的行。 将看到 getdents 系统调用被调用它执行执行 ls testdir 命令所需的大部分操作。 现在从trace.log 文件中grep getdents
[rootsandbox tmp]# grep getdents trace.log
getdents(3, /* 4 entries */, 32768) 112
getdents(3, /* 0 entries */, 32768) 0
[rootsandbox tmp]# man getdents,我们将得知getdents get directory entries这里注意getdents 的参数是 3它是上面 openat 系统调用中的文件描述符。
现在您已经有了目录列表需要一种在终端中显示它的方法。 因此grep 另一个系统调用 write用于在将输出的内容写入终端
[rootsandbox tmp]# grep write trace.log
write(1, file1 file2\n, 13) 13
[rootsandbox tmp]# 在这些参数中您可以看到将显示的文件名file1 和 file2。 关于第一个参数1请记住在 Linux 中当任何进程运行时默认情况下会为其打开三个文件描述符。 以下是默认的文件描述符 0 - Standard input 1 - Standard out 2 - Standard error
因此write 系统调用正在1 - Standard out上显示 file1 和 file2默认将输出到显示屏幕上由 1 标识。
现在知道哪些系统调用完成了 ls testdir/ 命令的大部分工作。 但是trace.log 文件中的其他100 多个系统调用又如何呢 操作系统必须执行大量内部工作才能运行进程因此在日志文件中看到的很多内容都是initialization 和cleanup。 阅读整个trace.log 文件并尝试了解发生了什么使ls 命令正常工作。
现在知道如何分析给定命令的系统调用可以将此知识用于其他命令来了解正在执行哪些系统调用。 strace 提供了许多有用的命令行选项使strace过程更轻松下面介绍了其中一些选项。
默认情况下strace 不包含所有系统调用信息。 但是它有一个方便的 -v verbose 选项可以提供有关每个系统调用的附加信息
strace -v ls testdir运行 strace 命令时始终使用 -f 选项是一个很好的做法。 它允许 strace 跟踪当前正在跟踪的进程创建的任何子进程
strace -f ls testdir假设只需要系统调用的名称、它们运行的次数以及每个系统调用所花费的时间百分比。 您可以使用 -c 选项来获取这些统计信息
strace -c ls testdir/假设想专注于特定的系统调用例如专注于open系统调用而忽略其余的。 您可以使用 -e 选项后跟系统调用名称
[rootsandbox tmp]# strace -e open ls testdir
open(/etc/ld.so.cache, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libselinux.so.1, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libcap.so.2, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libacl.so.1, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libc.so.6, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libpcre.so.1, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libdl.so.2, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libattr.so.1, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/lib64/libpthread.so.0, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
open(/usr/lib/locale/locale-archive, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3
file1 file2exited with 0
[rootsandbox tmp]# 如果您想专注于多个系统调用可以使用相同的 -e 命令行选项并在两个系统调用之间使用逗号。 例如要查看 write 和 getdents 系统调用
[rootsandbox tmp]# strace -e write,getdents ls testdir
getdents(3, /* 4 entries */, 32768) 112
getdents(3, /* 0 entries */, 32768) 0
write(1, file1 file2\n, 13file1 file2
) 13exited with 0
[rootsandbox tmp]# 到目前为止的示例都是显式地跟踪运行的命令。 但是那些已经运行并且正在执行的命令呢 例如如果想跟踪只是长时间运行的进程的daemon(守护进程该怎么办 为此strace 提供了一个特殊的 -p 选项可以向其提供进程 ID。
替代在一个守护进程上运行strace命令这里我们以cat 命令为例进行演示如果提供文件名给cat命令作为参数这个命令通常会显示文件的内容。 如果没有给出参数cat 命令只是在终端等待用户输入文本。 输入文本后它会重复给定的文本直到用户按 CtrlC 退出。
从一个终端运行 cat 命令 它会显示一个提示然后只需等待记住 cat 仍在运行并且尚未退出
[rootsandbox tmp]# cat从另一个终端使用 ps 命令查找进程标识符 (PID)
[rootsandbox ~]# ps -ef | grep cat
root 22443 20164 0 14:19 pts/0 00:00:00 cat
root 22482 20300 0 14:20 pts/1 00:00:00 grep --colorauto cat
[rootsandbox ~]# 现在使用 -p 选项和 PID上面使用 ps 找到的对正在运行的进程运行 strace。 运行 strace 后输出会显示进程所附加的内容以及 PID 号。 现在strace 正在跟踪 cat 命令发出的系统调用。 您看到的第一个系统调用是 read它正在等待来自 0 或标准输入的输入这是运行 cat 命令的终端
[rootsandbox ~]# strace -p 22443
strace: Process 22443 attached
read(0,现在返回到运行 cat 命令的终端并输入一些文本。 我输入 x0x0 是出于演示目的。 请注意 cat 是如何简单地重复我输入的内容的 因此x0x0 出现两次。 我输入第一个第二个是 cat 命令重复的输出
[rootsandbox tmp]# cat
x0x0
x0x0返回到 strace 连接到 cat 进程的终端。 现在会看到两个额外的系统调用之前的 read 系统调用现在在终端中读取 x0x0另一个用于 write它将 x0x0 写回终端还有一个新的 read它正在等待从终端读取。 请注意标准输入 (0) 和标准输出 (1) 均位于同一终端中
[rootsandbox ~]# strace -p 22443
strace: Process 22443 attached
read(0, x0x0\n, 65536) 5
write(1, x0x0\n, 5) 5
read(0, 想象一下当对守护进程运行 strace 以查看它在后台执行的所有操作时这有多么有用。 按 CtrlC 退出cat 命令 这也将会终止strace 会话因为该进程不再运行。 如果想查看所有系统调用的时间戳只需将 -t 选项与 strace 结合使用即可
14:24:47 execve(/usr/bin/ls, [ls, testdir/], [/* 40 vars */]) 0
14:24:47 brk(NULL) 0x1f07000
14:24:47 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) 0x7f2530bc8000
14:24:47 access(/etc/ld.so.preload, R_OK) -1 ENOENT (No such file or directory)
14:24:47 open(/etc/ld.so.cache, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3如果想知道系统调用之间所花费的时间 strace 有一个方便的 -r 命令可以显示执行每个系统调用所花费的时间。 非常有用
[rootsandbox ~]#strace -r ls testdir/
0.000000 execve(/usr/bin/ls, [ls, testdir/], [/* 40 vars */]) 0
0.000368 brk(NULL) 0x1966000
0.000073 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) 0x7fb6b1155000
0.000047 access(/etc/ld.so.preload, R_OK) -1 ENOENT (No such file or directory)
0.000119 open(/etc/ld.so.cache, O_RDONLY|O_CLOEXEC) 3结论 strace 实用程序对于理解 Linux 上的系统调用非常方便。 要了解其其他命令行选项可参阅手册页和在线文档。
