วิธีใช้ strace เพื่อตรวจสอบการเรียกระบบ Linux

โปรแกรม Linux ขอให้เคอร์เนลทำบางสิ่งเพื่อพวกเขา คำสั่ง strace เปิดเผยการเรียกระบบเหล่านี้ คุณสามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจว่าโปรแกรมทำงานอย่างไร และทำไมบางครั้งถึงทำไม่ได้

เคอร์เนลและระบบเรียก

โปรแกรมคอมพิวเตอร์ไม่สามารถทำทุกอย่างด้วยตนเองได้ พวกเขาจำเป็นต้องส่งคำขอเพื่อให้มีการทำงานบางอย่างสำหรับพวกเขา คำขอเหล่านี้ไปที่เคอร์เนล Linux โดยปกติจะมีไลบรารีหรืออินเทอร์เฟซซอฟต์แวร์อื่น ๆ ที่โปรแกรมเรียกใช้ จากนั้นไลบรารีจะทำการร้องขอที่เหมาะสม ซึ่งเรียกว่าการเรียกของระบบ ไปยังเคอร์เนล

การสามารถเห็นการเรียกของระบบที่โปรแกรมสร้างขึ้นและการตอบสนองสามารถช่วยให้คุณเข้าใจการทำงานภายในของโปรแกรมที่คุณสนใจหรือที่คุณเขียนได้ นี่คือสิ่งที่ strace ทำ สามารถช่วยแก้ปัญหาและค้นหาปัญหาคอขวดได้

ซึ่งไม่เหมือนกับการดีบักแอปพลิเคชันด้วยเครื่องมือเช่น gdb โปรแกรมดีบักช่วยให้คุณตรวจสอบการทำงานภายในของโปรแกรมในขณะที่ทำงาน ช่วยให้คุณก้าวผ่านลอจิกของโปรแกรมของคุณ และตรวจสอบหน่วยความจำและค่าตัวแปรได้ โดยการเปรียบเทียบ สิ่งที่ strace ทำคือการดักจับข้อมูลการเรียกของระบบในขณะที่โปรแกรมกำลังทำงาน เมื่อโปรแกรมที่ติดตามสิ้นสุดลง strace จะแสดงรายการข้อมูลการเรียกของระบบไปที่หน้าต่างเทอร์มินัล

การเรียกระบบมีฟังก์ชันระดับต่ำทุกประเภท เช่น การดำเนินการอ่านและเขียนไฟล์ กระบวนการฆ่า และอื่นๆ มีรายการการเรียกระบบหลายร้อยรายการในหน้าคู่มือ syscalls

ที่เกี่ยวข้อง: การดีบักด้วย GDB: เริ่มต้นใช้งาน

กำลังติดตั้ง strace

หากยังไม่ได้ติดตั้ง strace บนคอมพิวเตอร์ของคุณ คุณสามารถติดตั้งได้อย่างง่ายดายมาก

บน Ubuntu ให้ใช้คำสั่งนี้:

 sudo apt ติดตั้ง strace 

บน Fedora พิมพ์คำสั่งนี้:

 sudo dnf ติดตั้ง strace 

บน Manjaro คำสั่งคือ:

 sudo pacman -Sy strace 

ก้าวแรกกับ strace

เราจะใช้โปรแกรมขนาดเล็กเพื่อสาธิต strace มันไม่ได้ช่วยอะไรมาก: มันเปิดไฟล์และเขียนบรรทัดข้อความลงไป และไม่มีข้อผิดพลาดในการตรวจสอบไฟล์ เป็นเพียงการแฮ็กอย่างรวดเร็วเพื่อให้เรามีบางอย่างที่จะใช้กับ strace

 #include <stdio.h>

int main (int argc, ถ่าน argv []) { 

  // ตัวจัดการไฟล์ 
  ไฟล์ * fileGeek;

  // เปิดไฟล์ชื่อ "strace_demo.txt" หรือสร้างมันขึ้นมา 
  fileGeek = fopen("strace_demo.txt", "w");

  // เขียนข้อความลงในไฟล์ 
  fprintf(fileGeek "เขียนสิ่งนี้ลงในไฟล์" );

  // ปิดไฟล์ 
  fclose(fileGeek);

  //ออกจากโปรแกรม 
  กลับ (0); 

} // จบ main

เราบันทึกสิ่งนี้ลงในไฟล์ชื่อ “file-io.c” และคอมไพล์ด้วย gcc เป็นไฟล์เรียก stex ตั้งชื่อตาม “ st race ex ample”

 gcc -o stex file-io.c

เราจะเรียก strace จากบรรทัดคำสั่ง และส่งชื่อของไฟล์เรียกทำงานใหม่ของเราไปเป็นกระบวนการที่เราต้องการติดตาม เราสามารถติดตามคำสั่ง Linux หรือไบนารีอื่น ๆ ที่ปฏิบัติการได้ เราใช้โปรแกรมเล็กๆ ของเราด้วยเหตุผลสองประการ

เหตุผลแรกคือ strace นั้นละเอียด สามารถมีผลผลิตได้มาก เป็นเรื่องที่ดีมากเมื่อคุณใช้ strace ในความโกรธ แต่ในตอนแรกอาจทำให้คุณรู้สึกหนักใจ มีเอาต์พุต strace ที่จำกัดสำหรับโปรแกรมเล็กๆ ของเรา เหตุผลที่สองคือโปรแกรมของเรามีฟังก์ชันที่จำกัด และซอร์สโค้ดสั้นและตรงไปตรงมา ซึ่งช่วยให้ระบุได้ง่ายขึ้นว่าส่วนใดของผลลัพธ์ที่อ้างถึงส่วนต่างๆ ของการทำงานภายในของโปรแกรม

 strace ./stex 

เราสามารถเห็นการเรียกระบบการ write ที่ส่งข้อความ "เขียนสิ่งนี้ไปยังไฟล์" ได้อย่างชัดเจนไปยังไฟล์ที่เปิดของเราและการเรียกระบบ exit_group การดำเนินการนี้จะยุติเธรดทั้งหมดในแอปพลิเคชันและส่งค่าที่ส่งคืนกลับไปยังเชลล์

การกรองเอาท์พุต

แม้จะมีโปรแกรมสาธิตอย่างง่ายของเรา แต่ก็มีผลลัพธ์ค่อนข้างมาก เราสามารถใช้ตัวเลือก -e (นิพจน์) เราจะส่งชื่อเรียกของระบบที่เราอยากเห็น

 strace -e เขียน ./stex 

คุณสามารถรายงานการเรียกระบบหลายรายการโดยเพิ่มเป็นรายการที่คั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค อย่าใส่ช่องว่างในรายการการเรียกของระบบ

 strace -e ปิดเขียน ./stex 

การส่งเอาต์พุตไปยังไฟล์

ประโยชน์ของการกรองเอาท์พุตก็คือปัญหาในการกรองเอาท์พุตด้วยเช่นกัน คุณเห็นสิ่งที่คุณขอดู แต่คุณไม่เห็นสิ่งอื่นใด และผลลัพธ์อื่นๆ บางส่วนอาจมีประโยชน์สำหรับคุณมากกว่าสิ่งที่คุณขอดู

บางครั้ง จะสะดวกกว่าในการจับภาพทุกอย่าง รวมทั้งค้นหาและเลื่อนดูผลลัพธ์ทั้งชุด ด้วยวิธีนี้ คุณจะไม่ละเว้นสิ่งที่สำคัญโดยไม่ได้ตั้งใจ ตัวเลือก -o (เอาต์พุต) ให้คุณส่งเอาต์พุตจากเซสชัน strace ไปยังไฟล์ข้อความ

 strace -o trace-output.txt ./stex 

จากนั้นคุณสามารถใช้คำสั่งที่ less เพื่อเลื่อนดูรายการและค้นหาการเรียกของระบบ หรืออย่างอื่นตามชื่อ

 น้อยกว่า trace-output.txt 

ขณะนี้ คุณสามารถใช้ less สามารถในการค้นหาของ Less ทั้งหมดเพื่อตรวจสอบผลลัพธ์ได้

ที่เกี่ยวข้อง: วิธีใช้คำสั่งน้อยบน Linux

การเพิ่มการประทับเวลา

คุณสามารถเพิ่มการประทับเวลาต่างๆ ลงในเอาต์พุตได้ ตัวเลือก -r (การประทับเวลาสัมพัทธ์) จะเพิ่มการประทับเวลาที่แสดงความแตกต่างของเวลาระหว่างการเริ่มการเรียกระบบที่ต่อเนื่องกันแต่ละครั้ง โปรดทราบว่าค่าเวลาเหล่านี้จะรวมเวลาที่ใช้ในการเรียกระบบครั้งก่อนและสิ่งอื่นใดที่โปรแกรมทำก่อนการเรียกระบบครั้งถัดไป

 strace -r ./stex 

การประทับเวลาจะแสดงที่จุดเริ่มต้นของแต่ละบรรทัดของเอาต์พุต

หากต้องการดูระยะเวลาที่ใช้ในการเรียกระบบแต่ละครั้ง ให้ใช้ตัวเลือก -T (syscall-times) นี่แสดงระยะเวลาที่ใช้ในแต่ละการเรียกของระบบ

 strace -T ./stex 

ระยะเวลาจะแสดงที่ส่วนท้ายของสายเรียกเข้าของระบบแต่ละสาย

หากต้องการดูเวลาที่มีการเรียกระบบแต่ละครั้ง ให้ใช้ตัวเลือก -tt (การประทับเวลาแบบสัมบูรณ์) นี่แสดงเวลา "นาฬิกาแขวน" ด้วยความละเอียดไมโครวินาที

 strace -tt ./stex 

เวลาจะแสดงที่จุดเริ่มต้นของแต่ละบรรทัด

ติดตามกระบวนการทำงาน

ถ้ากระบวนการที่คุณต้องการติดตามกำลังทำงานอยู่แล้ว คุณยังสามารถแนบ strace กับกระบวนการนั้นได้ ในการดำเนินการดังกล่าว คุณจำเป็นต้องทราบ ID กระบวนการ คุณสามารถใช้ ps กับ grep เพื่อค้นหาสิ่งนี้ เรามีไฟร์ฟอกซ์ที่ทำงานอยู่ หากต้องการทราบ ID ของกระบวนการ firefox เราสามารถใช้ ps และไพพ์ผ่าน grep

 ps -e | grep firefox 

เราจะเห็นว่ารหัสกระบวนการคือ 8483 เราจะใช้ตัวเลือก -p (ID กระบวนการ) เพื่อบอก strace ว่าต้องแนบกระบวนการใด โปรดทราบว่าคุณจะต้องใช้ sudo :

 sudo strace -p 8483 

คุณจะเห็นการแจ้งเตือนว่า strace แนบตัวเองกับกระบวนการ จากนั้นการเรียกการติดตามระบบจะแสดงในหน้าต่างเทอร์มินัลตามปกติ

การสร้างรายงาน

อ็อพชัน -c (เฉพาะข้อมูลสรุปเท่านั้น) ทำให้ strace พิมพ์รายงาน มันสร้างตารางสำหรับข้อมูลเกี่ยวกับการเรียกระบบที่ทำโดยโปรแกรมที่ติดตาม

 strace -c ./stex 

คอลัมน์คือ:

• % เวลา : เปอร์เซ็นต์ของเวลาดำเนินการที่ใช้ในการเรียกระบบแต่ละครั้ง
• วินาที : เวลาทั้งหมดที่แสดงเป็นวินาทีและไมโครวินาทีที่ใช้ในการเรียกระบบแต่ละครั้ง
• usecs/call : เวลาเฉลี่ยในหน่วยไมโครวินาทีที่ใช้ในการเรียกระบบแต่ละครั้ง
• โทร : จำนวนครั้งที่เรียกใช้ระบบแต่ละครั้ง
• ข้อผิดพลาด : จำนวนความล้มเหลวสำหรับการเรียกระบบแต่ละครั้ง
• syscall : ชื่อของการโทรของระบบ

ค่าเหล่านี้จะแสดงค่าศูนย์สำหรับโปรแกรมเล็กๆ น้อยๆ ที่ทำงานและสิ้นสุดอย่างรวดเร็ว ค่านิยมในโลกแห่งความเป็นจริงจะแสดงขึ้นสำหรับโปรแกรมที่ทำบางสิ่งที่มีความหมายมากกว่าแอปพลิเคชันสาธิตของเรา

เจาะลึกอย่างง่ายดาย

เอาต์พุต strace สามารถแสดงให้คุณเห็นว่ามีการเรียกระบบใดบ้าง มีการเรียกซ้ำครั้งใด และเวลาดำเนินการภายในโค้ดฝั่งเคอร์เนลใช้เวลาดำเนินการเท่าใด นั่นเป็นข้อมูลที่ดี บ่อยครั้งเมื่อคุณพยายามทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในโค้ดของคุณ เป็นเรื่องง่ายที่คุณจะลืมไปว่าไบนารีของคุณโต้ตอบกับเคอร์เนลเกือบจะไม่หยุดพักเพื่อทำหน้าที่หลายอย่าง

โดยใช้ strace คุณจะเห็นภาพที่สมบูรณ์