适用范围 SUSE Linux Enterprise Server 15 SP5

17 跟踪工具 #

SUSE Linux Enterprise Server 随附有多个工具，可帮助您获取有关您的系统的有用信息。您可将这些信息用于各种目的，例如，调试和查找程序中的问题、发现性能下降的原因，或者跟踪运行中的进程以确定它使用了哪些系统资源。大部分工具已包含在安装媒体中。某些情况下，需要通过单独下载的 SUSE Software Development Kit 安装这些工具。

注意：跟踪及性能影响

监视运行中进程的系统调用或库调用时，该进程的性能将严重下降。建议您仅当需要收集数据时才使用跟踪工具。

17.1 使用 strace 跟踪系统调用 #

strace 命令可以跟踪进程的系统调用以及进程收到的信号。strace 可以运行新命令并跟踪其系统调用，或者您可以将 strace 附加到已运行的命令。命令的每行输出都包含系统调用名称，后接其参数（括在括号中）及其返回值。

要运行新命令并开始跟踪其系统调用，请如常输入要监视的命令，然后在命令行的开头添加 strace：

> strace ls
execve("/bin/ls", ["ls"], [/* 52 vars */]) = 0
brk(0)                                  = 0x618000
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) \
        = 0x7f9848667000
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) \
        = 0x7f9848666000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT \
(No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY)      = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=200411, ...}) = 0
mmap(NULL, 200411, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f9848635000
close(3)                                = 0
open("/lib64/librt.so.1", O_RDONLY)     = 3
[...]
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) \
= 0x7fd780f79000
write(1, "Desktop\nDocuments\nbin\ninst-sys\n", 31Desktop
Documents
bin
inst-sys
) = 31
close(1)                                = 0
munmap(0x7fd780f79000, 4096)            = 0
close(2)                                = 0
exit_group(0)                           = ?

要将 strace 附加到已运行的进程，需要指定 -p 并添加您要监视的进程的进程 ID (PID)：

> strace -p `pidof cron`
 Process 1261 attached
 restart_syscall(<... resuming interrupted call ...>) = 0
  stat("/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=2309, ...}) = 0
  select(5, [4], NULL, NULL, {0, 0})      = 0 (Timeout)
  socket(PF_LOCAL, SOCK_STREAM|SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK, 0) = 5
  connect(5, {sa_family=AF_LOCAL, sun_path="/var/run/nscd/socket"}, 110) = 0
  sendto(5, "\2\0\0\0\0\0\0\0\5\0\0\0root\0", 17, MSG_NOSIGNAL, NULL, 0) = 17
  poll([{fd=5, events=POLLIN|POLLERR|POLLHUP}], 1, 5000) = 1 ([{fd=5, revents=POLLIN|POLLHUP}])
  read(5, "\2\0\0\0\1\0\0\0\5\0\0\0\2\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\5\0\0\0\6\0\0\0"..., 36) = 36
  read(5, "root\0x\0root\0/root\0/bin/bash\0", 28) = 28
  close(5)                                = 0
  rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0
  rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {0x7f772b9ea890, [], SA_RESTORER|SA_RESTART, 0x7f772adf7880}, 8) = 0
  rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0
  nanosleep({60, 0}, 0x7fff87d8c580)      = 0
  stat("/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=2309, ...}) = 0
  select(5, [4], NULL, NULL, {0, 0})      = 0 (Timeout)
  socket(PF_LOCAL, SOCK_STREAM|SOCK_CLOEXEC|SOCK_NONBLOCK, 0) = 5
  connect(5, {sa_family=AF_LOCAL, sun_path="/var/run/nscd/socket"}, 110) = 0
  sendto(5, "\2\0\0\0\0\0\0\0\5\0\0\0root\0", 17, MSG_NOSIGNAL, NULL, 0) = 17
  poll([{fd=5, events=POLLIN|POLLERR|POLLHUP}], 1, 5000) = 1 ([{fd=5, revents=POLLIN|POLLHUP}])
  read(5, "\2\0\0\0\1\0\0\0\5\0\0\0\2\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\5\0\0\0\6\0\0\0"..., 36) = 36
  read(5, "root\0x\0root\0/root\0/bin/bash\0", 28) = 28
  close(5)
  [...]

-e 选项可识别多个子选项和参数。例如，要跟踪打开或写入特定文件的所有尝试，请使用以下命令：

> strace -e trace=open,write ls ~
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY)       = 3
open("/lib64/librt.so.1", O_RDONLY)      = 3
open("/lib64/libselinux.so.1", O_RDONLY) = 3
open("/lib64/libacl.so.1", O_RDONLY)     = 3
open("/lib64/libc.so.6", O_RDONLY)       = 3
open("/lib64/libpthread.so.0", O_RDONLY) = 3
[...]
open("/usr/lib/locale/cs_CZ.utf8/LC_CTYPE", O_RDONLY) = 3
open(".", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) = 3
write(1, "addressbook.db.bak\nbin\ncxoffice\n"..., 311) = 311

要仅跟踪网络相关的系统调用，请使用 -e trace=network：

> strace -e trace=network -p 26520
Process 26520 attached - interrupt to quit
socket(PF_NETLINK, SOCK_RAW, 0)         = 50
bind(50, {sa_family=AF_NETLINK, pid=0, groups=00000000}, 12) = 0
getsockname(50, {sa_family=AF_NETLINK, pid=26520, groups=00000000}, \
[12]) = 0
sendto(50, "\24\0\0\0\26\0\1\3~p\315K\0\0\0\0\0\0\0\0", 20, 0,
{sa_family=AF_NETLINK, pid=0, groups=00000000}, 12) = 20
[...]

-c 用于计算内核花费在每个系统调用上的时间：

> strace -c find /etc -name xorg.conf
/etc/X11/xorg.conf
% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 32.38    0.000181         181         1           execve
 22.00    0.000123           0       576           getdents64
 19.50    0.000109           0       917        31 open
 19.14    0.000107           0       888           close
  4.11    0.000023           2        10           mprotect
  0.00    0.000000           0         1           write
[...]
  0.00    0.000000           0         1           getrlimit
  0.00    0.000000           0         1           arch_prctl
  0.00    0.000000           0         3         1 futex
  0.00    0.000000           0         1           set_tid_address
  0.00    0.000000           0         4           fadvise64
  0.00    0.000000           0         1           set_robust_list
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00    0.000559                  3633        33 total

要跟踪某个进程的所有子进程，请使用 -f：

> strace -f systemctl status apache2.service
execve("/usr/bin/systemctl", ["systemctl", "status", "apache2.service"], \
 0x7ffea44a3318 /* 56 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0x5560f664a000
[...]
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f98c58a5000
mmap(NULL, 4420544, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f98c524a000
mprotect(0x7f98c53f4000, 2097152, PROT_NONE) = 0
[...]
[pid  9130] read(0, "\342\227\217 apache2.service - The Apache"..., 8192) = 165
[pid  9130] read(0, "", 8027)           = 0
● apache2.service - The Apache Webserver227\217 apache2.service - Th"..., 193
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/apache2.service; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: inactive (dead)
) = 193
[pid  9130] ioctl(3, SNDCTL_TMR_STOP or TCSETSW, {B38400 opost isig icanon echo ...}) = 0
[pid  9130] exit_group(0)               = ?
[pid  9130] +++ exited with 0 +++
<... waitid resumed>{si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=9130, \
 si_uid=0, si_status=0, si_utime=0, si_stime=0}, WEXITED, NULL) = 0
--- SIGCHLD {si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=9130, si_uid=0, \
  si_status=0, si_utime=0, si_stime=0} ---
exit_group(3)                           = ?
+++ exited with 3 +++

如果您需要分析 strace 的输出，但输出消息太长，以致无法在控制台窗口中直接检查，请使用 -o。在这种情况下，将会隐藏不需要的消息，例如有关附加和分离进程的信息。您还可以使用 -q 隐藏这些消息（正常情况下会列显在标准输出中）。要在系统调用的每行开头添加时戳，请使用 -t：

> strace -t -o strace_sleep.txt sleep 1; more strace_sleep.txt
08:44:06 execve("/bin/sleep", ["sleep", "1"], [/* 81 vars */]) = 0
08:44:06 brk(0)                         = 0x606000
08:44:06 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, \
-1, 0) = 0x7f8e78cc5000
[...]
08:44:06 close(3)                       = 0
08:44:06 nanosleep({1, 0}, NULL)        = 0
08:44:07 close(1)                       = 0
08:44:07 close(2)                       = 0
08:44:07 exit_group(0)                  = ?

可以在很大程度上控制 strace 的行为和输出格式。有关详细信息，请参见相关手册页 (man 1 strace)。

17.2 使用 ltrace 跟踪库调用 #

ltrace 可跟踪进程的动态库调用。其用法类似于 strace，两者的大部分参数具有非常类似或完全相同的含义。默认情况下，ltrace 使用 /etc/ltrace.conf 或 ~/.ltrace.conf 配置文件。不过，您可以使用 -F CONFIG_FILE 选项指定替代的配置文件。

除了跟踪库调用以外，带有 -S 选项的 ltrace 还可以跟踪系统调用：

> ltrace -S -o ltrace_find.txt find /etc -name \
xorg.conf; more ltrace_find.txt
SYS_brk(NULL)                                              = 0x00628000
SYS_mmap(0, 4096, 3, 34, 0xffffffff)                       = 0x7f1327ea1000
SYS_mmap(0, 4096, 3, 34, 0xffffffff)                       = 0x7f1327ea0000
[...]
fnmatch("xorg.conf", "xorg.conf", 0)                       = 0
free(0x0062db80)                                           = <void>
__errno_location()                                         = 0x7f1327e5d698
__ctype_get_mb_cur_max(0x7fff25227af0, 8192, 0x62e020, -1, 0) = 6
__ctype_get_mb_cur_max(0x7fff25227af0, 18, 0x7f1327e5d6f0, 0x7fff25227af0,
0x62e031) = 6
__fprintf_chk(0x7f1327821780, 1, 0x420cf7, 0x7fff25227af0, 0x62e031
<unfinished ...>
SYS_fstat(1, 0x7fff25227230)                               = 0
SYS_mmap(0, 4096, 3, 34, 0xffffffff)                       = 0x7f1327e72000
SYS_write(1, "/etc/X11/xorg.conf\n", 19)                   = 19
[...]

您可以使用 -e 选项更改受跟踪事件的类型。以下示例列显与 fnmatch 和 strlen 函数相关的库调用：

> ltrace -e fnmatch,strlen find /etc -name xorg.conf
[...]
fnmatch("xorg.conf", "xorg.conf", 0)             = 0
strlen("Xresources")                             = 10
strlen("Xresources")                             = 10
strlen("Xresources")                             = 10
fnmatch("xorg.conf", "Xresources", 0)            = 1
strlen("xorg.conf.install")                      = 17
[...]

要仅显示特定库中包含的符号，请使用 -l /path/to/library：

> ltrace -l /lib64/librt.so.1 sleep 1
clock_gettime(1, 0x7fff4b5c34d0, 0, 0, 0)                  = 0
clock_gettime(1, 0x7fff4b5c34c0, 0xffffffffff600180, -1, 0) = 0
+++ exited (status 0) +++

您可以使用 -n NUM_OF_SPACES 将每个嵌套调用按指定的空格数缩进，以此提高输出的易读性。

17.3 使用 Valgrind 进行调试和分析 #

Valgrind 是用于调试和分析您的程序，使其能够更快运行且更少出错的一套工具。Valgrind 可以检测与内存管理和线程相关的问题，还可以充当用于构建新调试工具的框架。但众所周知，此工具可能会产生较高的开销，例如导致运行时间变长，或在基于计时的并发工作负载下改变正常程序行为。

17.3.1 安装 #

标准的 SUSE Linux Enterprise Server 发行套件中并未随附 Valgrind。要在系统上安装 Valgrind，需要获取 SUSE Software Development Kit，然后安装该软件并运行

zypper install VALGRIND

或者浏览 SUSE Software Development Kit 目录树，找到 Valgrind 软件包并使用以下命令来安装它

rpm -i valgrind-VERSION_ARCHITECTURE.rpm

SDK 是适用于 SUSE Linux Enterprise 的模块，可以通过 SUSE Customer Center 的联机通道获得，有关细节，请参见 模块和扩展快速入门。

17.3.2 支持的体系结构 #

SUSE Linux Enterprise Server 支持在以下体系结构上使用 Valgrind：

AMD64/Intel 64
POWER
IBM Z

17.3.3 一般信息 #

Valgrind 的主要优势是它能够与现有的已编译可执行文件配合使用。您无需重新编译或修改程序即可使用它。按如下所示运行 Valgrind：

valgrind VALGRIND_OPTIONS your-prog YOUR-PROGRAM-OPTIONS

Valgrind 包含多个工具，每个工具提供特定功能。本节中的信息是通用信息，无论使用哪个工具都适用。最重要的配置选项是 --tool。此选项告知 Valgrind 要运行哪个工具。如果省略此选项，默认会选择 memcheck。例如，要使用 Valgrind 的 memcheck 工具运行 find ~ -name .bashrc，请在命令行中输入以下命令：

valgrind --tool=memcheck find ~ -name .bashrc

下面提供了标准 Valgrind 工具列表和简要说明：

memcheck: 检测内存错误。它可以帮助您微调程序，使其正常运行。
cachegrind: 分析缓存预测。它可以帮助您微调程序，使其运行速度更快。
callgrind: 工作方式与 cachegrind 类似，但还会收集其他缓存分析信息。
exp-drd: 检测线程错误。它可以帮助您微调多线程程序，使其正常运行。
helgrind: 另一个线程错误检测器。类似于 exp-drd，但使用不同的技术来分析问题。
massif: 一个堆分析器。堆是用于动态内存分配的内存区域。此工具可帮助您微调程序，以减少内存用量。
lackey: 用于演示工具基本功能的示例工具。

17.3.4 默认选项 #

Valgrind 可以在启动时读取选项。Valgrind 会检查三个位置：

运行 Valgrind 的用户的主目录中的 .valgrindrc 文件。
环境变量 $VALGRIND_OPTS
运行 Valgrind 的当前目录中的 .valgrindrc 文件。

完全按照上面所列顺序分析这些资源，后面指定的选项优先于前面处理的选项。与特定 Valgrind 工具相关的选项必须使用该工具的名称加上冒号作为前缀。例如，如果您希望 cachegrind 始终将分析数据写入 /tmp/cachegrind_PID.log，请将下面一行添加到主目录中的 .valgrindrc 文件：

--cachegrind:cachegrind-out-file=/tmp/cachegrind_%p.log

17.3.5 Valgrind 的工作原理 #

Valgrind 会在可执行文件启动之前取得其控制权。它会从该可执行文件和相关的共享库中读取调试信息。可执行文件的代码将重定向到选定的 Valgrind 工具，该工具会添加自身的代码来处理调试。然后，该代码将交回给 Valgrind 核心，而执行将会继续。

例如 memcheck 会添加自身的代码用于检查每个内存访问。因此，程序的运行速度比在本机执行环境中要慢得多。

Valgrind 会模拟程序的每条指令。因此，它不仅会检查程序的代码，还会检查所有相关库（包括 C 库）、用于图形环境的库，等等。如果您尝试使用 Valgrind 检测错误，它还会检测关联库（例如 C、X11 或 Gtk 库）中的错误。您或许不需要了解这些错误，对于这种情况，Valgrind 可以选择性地将这些错误消息隐藏到隐藏文件。--gen-suppressions=yes 告知 Valgrind 要报告这些隐藏内容，使您可以将其复制到文件中。

您应提供真实的可执行文件（机器码）作为 Valgrind 参数。例如，如果您的应用程序是通过外壳或 Perl 脚本运行的，则将错误地收到与 /bin/sh（或 /usr/bin/perl）相关的错误报告。在这种情况下，可以使用 --trace-children=yes 来解决此问题。但是，使用可执行文件本身可避免此问题造成的任何混淆。

17.3.6 消息 #

Valgrind 在运行时期间会报告消息，其中包含详细错误和重要事件。以下示例解释了这些消息：

> valgrind --tool=memcheck find ~ -name .bashrc
[...]
==6558== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
==6558==    at 0x400AE79: _dl_relocate_object (in /lib64/ld-2.11.1.so)
==6558==    by 0x4003868: dl_main (in /lib64/ld-2.11.1.so)
[...]
==6558== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
==6558==    at 0x400AE82: _dl_relocate_object (in /lib64/ld-2.11.1.so)
==6558==    by 0x4003868: dl_main (in /lib64/ld-2.11.1.so)
[...]
==6558== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)
==6558== malloc/free: in use at exit: 2,228 bytes in 8 blocks.
==6558== malloc/free: 235 allocs, 227 frees, 489,675 bytes allocated.
==6558== For counts of detected errors, rerun with: -v
==6558== searching for pointers to 8 not-freed blocks.
==6558== checked 122,584 bytes.
==6558==
==6558== LEAK SUMMARY:
==6558==    definitely lost: 0 bytes in 0 blocks.
==6558==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.
==6558==    still reachable: 2,228 bytes in 8 blocks.
==6558==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks.
==6558== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory.

==6558== 引入 Valgrind 的消息，并包含进程 ID 编号 (PID)。您可以轻松将 Valgrind 的消息与程序本身的输出区分开来，并确定哪些消息属于特定的进程。

要使 Valgrind 的消息变得更详细，请使用 -v，甚至可以使用 -v -v。

您可以让 Valgrind 将其消息发送到三个不同的位置：

默认情况下，Valgrind 会将其消息发送到文件描述符 2，即标准错误输出。您可以使用 --log-fd=FILE_DESCRIPTOR_NUMBER 选项，告知 Valgrind 将其消息发送到任何其他文件描述符。
第二种方法（也许是更有用的方法）是使用 --log-file=FILENAME 将 Valgrind 的消息发送到相应的文件。此选项接受多个变量，例如，将 %p 替换为当前所分析进程的 PID。这样，您便可以根据进程的 PID 将消息发送到不同的文件。%q{env_var} 将替换为相关 env_var 环境变量的值。
以下示例检查重启动 Apache Web 服务器期间可能出现的内存错误，同时跟踪子进程，并将详细的 Valgrind 消息写入到按当前进程 PID 区分的不同文件：
```
> valgrind -v --tool=memcheck --trace-children=yes \
--log-file=valgrind_pid_%p.log systemctl restart apache2.service
```
此进程在测试系统中创建了 52 个日志文件，在不使用 Valgrind 的情况下它需要 75 秒来运行 sudo systemctl restart apache2.service，而正常情况下只需 7 秒，运行时间大约多了 10 倍。
```
> ls -1 valgrind_pid_*log
valgrind_pid_11780.log
valgrind_pid_11782.log
valgrind_pid_11783.log
[...]
valgrind_pid_11860.log
valgrind_pid_11862.log
valgrind_pid_11863.log
```
您还可能倾向于通过网络发送 Valgrind 的消息。需要使用 --log-socket=AA.BB.CC.DD:PORT_NUM 选项指定网络套接字的 aa.bb.cc.dd IP 地址和 port_num 端口号。如果您省略端口号，将使用 1500。
如果远程计算机上没有任何应用程序能够接收 Valgrind 的消息，将这些消息发送到网络套接字就没有意义。正因如此，我们还连同 Valgrind 一起随附了简单的监听程序 valgrind-listener。此监听程序接受指定端口上的连接，并将它收到的任何内容复制到标准输出。

17.3.7 错误消息 #

Valgrind 会记住所有错误消息，如果检测到新错误，它会将该错误与旧错误消息进行比较。此方法可让 Valgrind 检查重复的错误消息。如果出现重复的错误，它将记录该错误，但不显示任何消息。此机制可避免几百万条重复的错误让您不堪其扰。

-v 选项会将所有报告的摘要（按其总计排序）添加到 Valgrind 执行输出的末尾。此外，如果检测到 1000 个不同的错误或者总共检测了 10000000 个错误，Valgrind 会停止收集错误。如果您想要取消此限制并希望查看所有错误消息，请使用 --error-limit=no。

有些错误往往会导致其他错误。因此，请按错误的出现顺序修复错误，并持续对程序进行重新检查。

17.4 更多信息 #

有关与所述跟踪工具相关的选项的完整列表，请参见相应的手册页（man 1 strace、man 1 ltrace 和 man 1 valgrind）。
对 Valgrind 高级用法的介绍超出了本文档的讨论范围。有关 Valgrind 的详细介绍，请参见 Valgrind User Manual。如果您需要有关 Valgrind 或其标准工具的用法和用途的更高级信息，请务必阅读这些页。