怎么在Linux上用strace来理解系统调用

strace简介

strace(System Call Tracer)是一个用于追踪系统调用和信号的工具，它可以帮助我们了解程序在运行过程中与操作系统之间的交互情况，通过使用strace,我们可以观察到程序在执行过程中调用了哪些系统调用，以及这些系统调用的详细信息，如参数、返回值等，这对于分析程序性能、调试错误以及理解操作系统内核非常有帮助。

strace的基本用法

1、安装strace

在Linux系统中，可以使用以下命令安装strace:

sudo apt-get install strace

2、使用strace追踪系统调用

要使用strace追踪系统调用，只需在命令行中输入以下命令：

strace [options] command [arguments]

[options]是可选的参数，用于指定strace的行为；command是要执行的程序或命令；[arguments]是传递给程序或命令的参数。

要追踪一个名为my_program的程序，可以使用以下命令：

strace ./my_program

3、查看输出结果

strace会将追踪到的系统调用信息输出到终端，输出结果包括以下几部分：

时间戳：显示系统调用发生的时间；

进程ID:显示发起系统调用的进程ID;

调用类型：显示系统调用的类型，如read、write、open等；

文件描述符：显示被操作的文件描述符；

参数：显示系统调用的参数，如读取的字节数、写入的字节数等；

返回值：显示系统调用的返回值。

4、常用选项

以下是一些常用的strace选项：

-o output_file:将追踪到的系统调用信息输出到指定的文件；

-e trace=syscall:仅追踪指定类型的系统调用，如syscall、mmap等；

-p process_id:追踪指定进程ID的系统调用；

-tt:以文本模式输出追踪信息；

-a:自动附加到正在运行的进程；

-c count:追踪指定次数的系统调用。

示例代码分析

假设我们有一个简单的C程序example.c,用于创建一个管道并向其发送数据：

include <stdio.h>
include <unistd.h>
include <string.h>
include <fcntl.h>
include <sys/types.h>
include <sys/wait.h>
include <sys/stat.h>
include <sys/time.h>
include <signal.h>
include <termios.h>
include <errno.h>

我们可以使用strace来追踪这个程序在运行过程中的系统调用情况，首先编译这个程序：

gcc example.c -o example

然后使用strace追踪这个程序：

strace ./example > output.txt & sleep 5 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'write' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'close' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'exit' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'create' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'open' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'dup2' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'execve' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'fork' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'waitpid' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'getppid' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'exit_group' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'clock_gettime' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'setitimer' | wc -l && rm output.txt example & wait %1 && kill %1 && wait %1 && cat output.txt | grep 'nanosleep' | wc -l && exit $?

在这个例子中，我们使用了多个strace选项来追踪不同的系统调用，通过查看输出文件output.txt,我们可以了解到程序在运行过程中执行了哪些系统调用，以及它们的相关信息，我们可以看到程序创建了一个管道、向管道发送了数据、关闭了管道等操作，我们还可以统计每个系统调用被执行的次数。