使用 strace 跟蹤使用者進程和 Linux 核心之間的互動。
系統呼叫是程式從核心請求服務的一種程式設計方式，而 strace 是一個功能強大的工具，可讓你跟蹤使用者進程與 Linux 核心之間的互動。
要了解作業系統的工作原理，首先需要了解系統呼叫的工作原理。作業系統的主要功能之一是為使用者程式提供抽象機制。
作業系統可以大致分為兩種模式：
系統呼叫與函數呼叫非常相似，這意味著它們都接受並處理引數然後返回值。唯一的區別是系統呼叫進入核心，而函數呼叫不進入。從使用者空間切換到核心空間是使用特殊的 trap 機制完成的。
通過使用系統庫（在 Linux 系統上又稱為 glibc），大部分系統呼叫對使用者隱藏了。儘管系統呼叫本質上是通用的，但是發出系統呼叫的機制在很大程度上取決於機器（架構）。
本文通過使用一些常規命令並使用 strace 分析每個命令進行的系統呼叫來探索一些實際範例。這些範例使用 Red Hat Enterprise Linux，但是這些命令執行在其他 Linux 發行版上應該也是相同的：
[root@sandbox ~]# cat /etc/redhat-releaseRed Hat Enterprise Linux Server release 7.7 (Maipo)[root@sandbox ~]#[root@sandbox ~]# uname -r3.10.0-1062.el7.x86_64[root@sandbox ~]#首先，確保在系統上安裝了必需的工具。你可以使用下面的 rpm 命令來驗證是否安裝了 strace。如果安裝了，則可以使用 -V 選項檢查 strace 實用程式的版本號：
[root@sandbox ~]# rpm -qa | grep -i stracestrace-4.12-9.el7.x86_64[root@sandbox ~]#[root@sandbox ~]# strace -Vstrace -- version 4.12[root@sandbox ~]#如果沒有安裝，執行命令安裝：
yum install strace出於本範例的目的，在 /tmp 中建立一個測試目錄，並使用 touch 命令建立兩個檔案：
[root@sandbox ~]# cd /tmp/[root@sandbox tmp]#[root@sandbox tmp]# mkdir testdir[root@sandbox tmp]#[root@sandbox tmp]# touch testdir/file1[root@sandbox tmp]# touch testdir/file2[root@sandbox tmp]#（我使用 /tmp 目錄是因為每個人都可以存取它，但是你可以根據需要選擇另一個目錄。）
在 testdir 目錄下使用 ls 命令驗證該檔案已經建立：
[root@sandbox tmp]# ls testdir/file1 file2[root@sandbox tmp]#你可能每天都在使用 ls 命令，而沒有意識到系統呼叫在其下面發揮的作用。抽象地來說，該命令的工作方式如下：
命令列工具 -> 從系統庫（glibc）呼叫函數 -> 呼叫系統呼叫
ls 命令內部從 Linux 上的系統庫（即 glibc）呼叫函數。這些庫去呼叫完成大部分工作的系統呼叫。
如果你想知道從 glibc 庫中呼叫了哪些函數，請使用 ltrace 命令，然後跟上常規的 ls testdir/命令：
ltrace ls testdir/如果沒有安裝 ltrace，鍵入如下命令安裝：
yum install ltrace大量的輸出會被堆到螢幕上；不必擔心，只需繼續就行。ltrace 命令輸出中與該範例有關的一些重要庫函數包括：
opendir("testdir/") = { 3 }readdir({ 3 }) = { 101879119, "." }readdir({ 3 }) = { 134, ".." }readdir({ 3 }) = { 101879120, "file1" }strlen("file1") = 5memcpy(0x1665be0, "file1\0", 6) = 0x1665be0readdir({ 3 }) = { 101879122, "file2" }strlen("file2") = 5memcpy(0x166dcb0, "file2\0", 6) = 0x166dcb0readdir({ 3 }) = nilclosedir({ 3 }) 通過檢視上面的輸出，你或許可以了解正在發生的事情。opendir 庫函數開啟一個名為 testdir 的目錄，然後呼叫 readdir 函數，該函數讀取目錄的內容。最後，有一個對 closedir 函數的呼叫，該函數將關閉先前開啟的目錄。現在請先忽略其他 strlen 和 memcpy 功能。
你可以看到正在呼叫哪些庫函數，但是本文將重點介紹由系統庫函數呼叫的系統呼叫。
與上述類似，要了解呼叫了哪些系統呼叫，只需將 strace 放在 ls testdir 命令之前，如下所示。 再次，一堆亂碼丟到了你的螢幕上，你可以按照以下步驟進行操作：
[root@sandbox tmp]# strace ls testdir/execve("/usr/bin/ls", ["ls", "testdir/"], [/* 40 vars */]) = 0brk(NULL) = 0x1f12000<<< truncated strace output >>>write(1, "file1 file2\n", 13file1 file2) = 13close(1) = 0munmap(0x7fd002c8d000, 4096) = 0close(2) = 0exit_group(0) = ?+++ exited with 0 +++[root@sandbox tmp]#執行 strace 命令後螢幕上的輸出就是執行 ls 命令的系統呼叫。每個系統呼叫都為作業系統提供了特定的用途，可以將它們大致分為以下幾個部分：
分析顯示到螢幕上的資訊的一種更簡單的方法是使用 strace 方便的 -o 標誌將輸出記錄到檔案中。在 -o 標誌後新增一個合適的檔名，然後再次執行命令：
[root@sandbox tmp]# strace -o trace.log ls testdir/file1 file2[root@sandbox tmp]#這次，沒有任何輸出干擾螢幕顯示，ls 命令如預期般工作，顯示了檔名並將所有輸出記錄到檔案 trace.log 中。僅僅是一個簡單的 ls 命令，該檔案就有近 100 行內容：
[root@sandbox tmp]# ls -l trace.log-rw-r--r--. 1 root root 7809 Oct 12 13:52 trace.log[root@sandbox tmp]#[root@sandbox tmp]# wc -l trace.log114 trace.log[root@sandbox tmp]#讓我們看一下這個範例的 trace.log 檔案的第一行:
execve("/usr/bin/ls", ["ls", "testdir/"], [/* 40 vars */]) = 0execve 是正在執行的系統呼叫的名稱。= 後的數位（在這種情況下為 0）是 execve 系統呼叫的返回值。現在的輸出似乎還不太嚇人，對吧。你可以應用相同的邏輯來理解其他行。
現在，將關注點集中在你呼叫的單個命令上，即 ls testdir。你知道命令 ls 使用的目錄名稱，那麼為什麼不在 trace.log 檔案中使用 grep 查詢 testdir 並檢視得到的結果呢？讓我們詳細檢視一下結果的每一行：
[root@sandbox tmp]# grep testdir trace.logexecve("/usr/bin/ls", ["ls", "testdir/"], [/* 40 vars */]) = 0stat("testdir/", {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=32, ...}) = 0openat(AT_FDCWD, "testdir/", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) = 3[root@sandbox tmp]#回顧一下上面對 execve 的分析，你能說一下這個系統呼叫的作用嗎？
execve("/usr/bin/ls", ["ls", "testdir/"], [/* 40 vars */]) = 0你無需記住所有系統呼叫或它們所做的事情，因為你可以在需要時參考文件。手冊頁可以解救你！在執行 man 命令之前，請確保已安裝以下軟體包：
[root@sandbox tmp]# rpm -qa | grep -i man-pagesman-pages-3.53-5.el7.noarch[root@sandbox tmp]#請記住，你需要在 man 命令和系統呼叫名稱之間新增 2。如果使用 man man 閱讀 man 命令的手冊頁，你會看到第 2 節是為系統呼叫保留的。同樣，如果你需要有關庫函數的資訊，則需要在 man 和庫函數名稱之間新增一個 3。
以下是手冊的章節編號及其包含的頁面型別：
1：可執行的程式或 shell 命令2：系統呼叫（由核心提供的函數）3：庫呼叫（在程式的庫內的函數）4：特殊檔案（通常出現在 /dev）使用系統呼叫名稱執行以下 man 命令以檢視該系統呼叫的文件：
man 2 execve按照 execve 手冊頁，這將執行在引數中傳遞的程式（在本例中為 ls）。可以為 ls 提供其他引數，例如本例中的 testdir。因此，此系統呼叫僅以 testdir 作為引數執行 ls：
execve - execute programDESCRIPTION execve() executes the program pointed to by filename下一個系統呼叫，名為 stat，它使用 testdir 引數：
stat("testdir/", {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=32, ...}) = 0使用 man 2 stat 存取該文件。stat 是獲取檔案狀態的系統呼叫，請記住，Linux 中的一切都是檔案，包括目錄。
接下來，openat 系統呼叫將開啟 testdir。密切注意返回的 3。這是一個檔案描述符，將在以後的系統呼叫中使用：
openat(AT_FDCWD, "testdir/", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) = 3到現在為止一切都挺好。現在，開啟 trace.log 檔案，並轉到 openat 系統呼叫之後的行。你會看到 getdents 系統呼叫被呼叫，該呼叫完成了執行 ls testdir 命令所需的大部分操作。現在，從 trace.log 檔案中用 grep 獲取 getdents：
[root@sandbox tmp]# grep getdents trace.loggetdents(3, /* 4 entries */, 32768) = 112getdents(3, /* 0 entries */, 32768) = 0[root@sandbox tmp]#getdents 的手冊頁將其描述為 “獲取目錄項”，這就是你要執行的操作。注意，getdents 的引數是 3，這是來自上面 openat 系統呼叫的檔案描述符。
現在有了目錄列表，你需要一種在終端中顯示它的方法。因此，在紀錄檔中用 grep 搜尋另一個用於寫入終端的系統呼叫 write：
[root@sandbox tmp]# grep write trace.logwrite(1, "file1 file2\n", 13) = 13[root@sandbox tmp]#在這些引數中，你可以看到將要顯示的檔名：file1 和 file2。關於第一個引數（1），請記住在 Linux 中，當執行任何進程時，預設情況下會為其開啟三個檔案描述符。以下是預設的檔案描述符：
0：標準輸入1：標準輸出2：標準錯誤因此，write 系統呼叫將在標準顯示（就是這個終端，由 1 所標識的）上顯示 file1 和 file2。
現在你知道哪個系統呼叫完成了 ls testdir/ 命令的大部分工作。但是在 trace.log 檔案中其它的 100 多個系統呼叫呢？作業系統必須做很多內務處理才能執行一個進程，因此，你在該紀錄檔檔案中看到的很多內容都是進程初始化和清理。閱讀整個 trace.log 檔案，並嘗試了解 ls 命令是怎麼工作起來的。
既然你知道了如何分析給定命令的系統呼叫，那麼就可以將該知識用於其他命令來了解正在執行哪些系統呼叫。strace 提供了許多有用的命令列標誌，使你更容易使用，下面將對其中一些進行描述。
預設情況下，strace 並不包含所有系統呼叫資訊。但是，它有一個方便的 -v 冗餘選項，可以在每個系統呼叫中提供附加資訊：
strace -v ls testdir在執行 strace 命令時始終使用 -f 選項是一種好的作法。它允許 strace 對當前正在跟蹤的進程建立的任何子進程進行跟蹤：
strace -f ls testdir假設你只需要系統呼叫的名稱、執行的次數以及每個系統呼叫花費的時間百分比。你可以使用 -c 標誌來獲取這些統計資訊：
strace -c ls testdir/假設你想專注於特定的系統呼叫，例如專注於 open 系統呼叫，而忽略其餘部分。你可以使用-e 標誌跟上系統呼叫的名稱：
[root@sandbox tmp]# strace -e open ls testdiropen("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libselinux.so.1", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libcap.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libacl.so.1", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libpcre.so.1", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libdl.so.2", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libattr.so.1", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/lib64/libpthread.so.0", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3open("/usr/lib/locale/locale-archive", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3file1 file2+++ exited with 0 +++[root@sandbox tmp]#如果你想關注多個系統呼叫怎麼辦？不用擔心，你同樣可以使用 -e 命令列標誌，並用逗號分隔開兩個系統呼叫的名稱。例如，要檢視 write 和 getdents 系統呼叫：
[root@sandbox tmp]# strace -e write,getdents ls testdirgetdents(3, /* 4 entries */, 32768) = 112getdents(3, /* 0 entries */, 32768) = 0write(1, "file1 file2\n", 13file1 file2) = 13+++ exited with 0 +++[root@sandbox tmp]#到目前為止，這些範例是明確地執行的命令進行了跟蹤。但是，要跟蹤已經執行並正在執行的命令又怎麼辦呢？例如，如果要跟蹤用來長時間執行進程的守護程式，該怎麼辦？為此，strace 提供了一個特殊的 -p 標誌，你可以向其提供進程 ID。
我們的範例不在守護程式上執行 strace，而是以 cat 命令為例，如果你將檔名作為引數，通常 cat 會顯示檔案的內容。如果沒有給出引數，cat 命令會在終端上等待使用者輸入文字。輸入文字後，它將重複給定的文字，直到使用者按下 Ctrl + C 退出為止。
從一個終端執行 cat 命令；它會向你顯示一個提示，並等待在那裡（記住 cat 仍在執行且尚未退出）：
[root@sandbox tmp]# cat在另一個終端上，使用 ps 命令找到進程識別符號（PID）：
[root@sandbox ~]# ps -ef | grep catroot 22443 20164 0 14:19 pts/0 00:00:00 catroot 22482 20300 0 14:20 pts/1 00:00:00 grep --color=auto cat[root@sandbox ~]#現在，使用 -p 標誌和 PID（在上面使用 ps 找到）對執行中的進程執行 strace。執行 strace 之後，其輸出說明了所接駁的進程的內容及其 PID。現在，strace 正在跟蹤 cat 命令進行的系統呼叫。看到的第一個系統呼叫是 read，它正在等待檔案描述符 0（標準輸入，這是執行 cat 命令的終端）的輸入：
[root@sandbox ~]# strace -p 22443strace: Process 22443 attachedread(0,現在，返回到你執行 cat 命令的終端，並輸入一些文字。我出於演示目的輸入了 x0x0。注意 cat 是如何簡單地重復我輸入的內容的。因此，x0x0 出現了兩次。我輸入了第一個，第二個是 cat 命令重複的輸出：
[root@sandbox tmp]# catx0x0x0x0返回到將 strace 接駁到 cat 進程的終端。現在你會看到兩個額外的系統呼叫：較早的 read 系統呼叫，現在在終端中讀取 x0x0，另一個為 write，它將 x0x0 寫回到終端，然後是再一個新的 read，正在等待從終端讀取。請注意，標準輸入（0）和標準輸出（1）都在同一終端中：
[root@sandbox ~]# strace -p 22443strace: Process 22443 attachedread(0, "x0x0\n", 65536) = 5write(1, "x0x0\n", 5) = 5read(0,想象一下，對守護行程執行 strace 以檢視其在後台執行的所有操作時這有多大幫助。按下 Ctrl + C 殺死 cat 命令；由於該進程不再執行，因此這也會終止你的 strace 對談。
如果要檢視所有的系統呼叫的時間戳，只需將 -t 選項與 strace 一起使用：
[root@sandbox ~]#strace -t ls testdir/14:24:47 execve("/usr/bin/ls", ["ls", "testdir/"], [/* 40 vars */]) = 014:24:47 brk(NULL) = 0x1f0700014:24:47 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f2530bc800014:24:47 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如果你想知道兩次系統呼叫之間所花費的時間怎麼辦？strace 有一個方便的 -r 命令，該命令顯示執行每個系統呼叫所花費的時間。非常有用，不是嗎？
[root@sandbox ~]#strace -r ls testdir/0.000000 execve("/usr/bin/ls", ["ls", "testdir/"], [/* 40 vars */]) = 00.000368 brk(NULL) = 0x19660000.000073 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fb6b11550000.000047 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) = 3strace 實用程式非常有助於理解 Linux 上的系統呼叫。要了解它的其它命令列標誌，請參考手冊頁和線上文件。