Como usar o strace para monitorar chamadas do sistema Linux

Os programas Linux pedem ao kernel para fazer algumas coisas por eles. O stracecomando revela essas chamadas de sistema. Você pode usá-los para entender como os programas funcionam e por que, às vezes, não funcionam.

O kernel e as chamadas do sistema

Por mais espertos que sejam, os programas de computador não podem fazer tudo sozinhos. Eles precisam fazer solicitações para que certas funções sejam executadas por eles. Essas solicitações vão para o kernel do Linux. Normalmente, há uma biblioteca ou outra interface de software que o programa chama e a biblioteca faz a solicitação apropriada – chamada de chamada de sistema – ao kernel.

Ser capaz de ver as chamadas de sistema que um programa fez e quais foram as respostas pode ajudá-lo a entender o funcionamento interno dos programas que interessam a você ou que você escreveu. Isso é o  que stracefaz . Pode ajudar a solucionar problemas e procurar gargalos.

Isso não é o mesmo que depurar um aplicativo com uma ferramenta semelhante gdb. Um programa de depuração permite investigar a operação interna de um programa enquanto ele é executado. Ele permite que você percorra a lógica do seu programa e inspecione a memória e os valores das variáveis. Em comparação, o que stracefaz é capturar as informações da chamada do sistema enquanto o programa está sendo executado. Quando o programa rastreado termina, stracelista as informações da chamada do sistema para a janela do terminal.

As chamadas do sistema fornecem todos os tipos de funcionalidade de baixo nível, como ações de leitura e gravação em arquivos, eliminação de processos e assim por diante. Há uma lista de centenas de chamadas de sistema na  página do manual syscalls .

Instalando Strace

Se straceainda não estiver instalado em seu computador, você pode instalá-lo facilmente.

No Ubuntu, use este comando:

sudo apt install strace

No Fedora, digite este comando:

sudo dnf install strace

No Manjaro, o comando é:

sudo pacman -Sy strace

Primeiros passos com strace

Usaremos um pequeno programa para demonstrar strace. Não faz muito: abre um arquivo e grava uma linha de texto nele, e não há nenhum erro de verificação nele. É apenas um hack rápido para que tenhamos algo para usar strace.

#include <stdio.h>

int main (int argc, char argv []) { 

  // identificador de arquivo 
  FILE * fileGeek;

  // abra um arquivo chamado "strace_demo.txt" ou crie-o 
  fileGeek = fopen ("strace_demo.txt", "w");

  // escreve algum texto no arquivo 
  fprintf (fileGeek, "Grave isso no arquivo");

  // feche o arquivo 
  fclose (fileGeek);

  // sair do programa 
  return (0); 

} // fim do principal

Nós salvo isso em um arquivo chamado “arquivo-io.c” e compilado-lo com gccem um arquivo executável chamado stex, chamado de “ st raça ex amplo.”

gcc -o stex arquivo-io.c

Vamos chamar straceda linha de comando e passar o nome de nosso novo executável para ele como o processo que queremos rastrear. Poderíamos rastrear facilmente qualquer um dos comandos do Linux ou qualquer outro executável binário. Estamos usando nosso pequeno programa por dois motivos.

A primeira razão é que  straceé prolixo. Pode haver muita produção. Isso é ótimo quando você está usando straceraiva, mas pode ser opressor no início. Há straceprodução limitada para nosso pequeno programa. A segunda razão é que nosso programa tem funcionalidade limitada e o código-fonte é curto e direto. Isso torna mais fácil identificar quais seções da saída se referem às diferentes partes do funcionamento interno do programa.

strace ./stex

Podemos ver claramente a writechamada do sistema enviando o texto “Grave isso no arquivo” para o nosso arquivo aberto e a exit_groupchamada do sistema. Isso termina todos os threads no aplicativo e envia um valor de retorno de volta ao shell.

Filtrando a saída

Mesmo com nosso programa de demonstração simples, há bastante saída. Podemos usar a -eopção (expressão). Passaremos o nome da chamada de sistema que queremos ver.

strace -e write ./stex

Você pode relatar várias chamadas de sistema adicionando-as como uma lista separada por vírgulas. Não inclua nenhum espaço em branco na lista de chamadas do sistema.

strace -e close, write ./stex

Enviando a saída para um arquivo

O benefício de filtrar a saída também é o problema de filtrar a saída. Você vê o que pediu para ver, mas não vê mais nada. E algumas dessas outras saídas podem ser mais úteis para você do que as coisas que você pediu para ver.

Às vezes, é mais conveniente capturar tudo, pesquisar e rolar por todo o conjunto de resultados. Dessa forma, você não excluirá acidentalmente nada importante. A -oopção (saída) permite enviar a saída de uma  stracesessão para um arquivo de texto.

strace -o trace-output.txt ./stex

Você pode então usar o less comando para rolar pela lista e pesquisar chamadas do sistema – ou qualquer outra coisa – por nome.

menos trace-output.txt

Agora você pode usar todos lessos recursos de pesquisa de para investigar a saída.

Adicionando carimbos de data / hora

Você pode adicionar vários carimbos de data / hora diferentes à saída. A opção -r(carimbos de data / hora relativos) adiciona carimbos de data / hora que mostram a diferença de tempo entre o início de cada chamada de sistema sucessiva. Observe que esses valores de tempo incluirão o tempo gasto na chamada de sistema anterior e tudo o mais que o programa estava fazendo antes da próxima chamada de sistema.

strace -r ./stex

Os carimbos de data / hora são exibidos no início de cada linha de saída.

Para ver o tempo gasto em cada chamada do sistema, use a opção -T(syscall-times). Mostra a duração do tempo gasto em cada chamada do sistema.

strace -T ./stex

As durações são mostradas no final de cada linha de chamada do sistema.

Para ver a hora em que cada chamada do sistema foi chamada, use a opção -tt(carimbos de data / hora absolutos). Mostra o tempo do “relógio de parede”, com resolução de microssegundos.

strace -tt ./stex

Os tempos são exibidos no início de cada linha.

Rastreando um Processo em Execução

Se o processo que você deseja rastrear já estiver em execução, você ainda poderá anexar stracea ele. Para fazer isso, você precisa saber o ID do processo. Você pode usarps com  greppara encontrar isso. Temos o Firefox em execução. Para descobrir o ID do firefoxprocesso, podemos usá ps– lo e canalizá-lo grep.

ps -e | grep firefox

Podemos ver que o ID do processo é 8483. Usaremos a opção -p(ID do processo) para informar a stracequal processo anexar. Observe que você precisará usar sudo:

sudo strace -p 8483

Você verá uma notificação straceanexada ao processo e, em seguida, as chamadas de rastreamento do sistema serão exibidas na janela do terminal como de costume.

Criação de um relatório

A opção -c(apenas resumo) faz stracecom que um relatório seja impresso. Ele gera uma tabela de informações sobre as chamadas do sistema que foram feitas pelo programa rastreado.

strace -c ./stex

As colunas são:

• % de tempo : a porcentagem do tempo de execução gasto em cada chamada do sistema.
• segundos : o tempo total expresso em segundos e microssegundos gasto em cada chamada do sistema.
• usecs / chamada : o tempo médio em microssegundos gasto em cada chamada do sistema.
• chamadas : o número de vezes que cada chamada do sistema foi executada.
• erros : o número de falhas para cada chamada do sistema.
• syscall : O nome da chamada do sistema.

Esses valores mostrarão zeros para programas triviais que são executados e terminam rapidamente. Os valores do mundo real são mostrados para programas que fazem algo mais significativo do que nosso aplicativo de demonstração.

Percepções profundas, facilmente

A stracesaída pode mostrar quais chamadas de sistema estão sendo feitas, quais são feitas repetidamente e quanto tempo de execução está sendo gasto no código do kernel. Essa é uma ótima informação. Freqüentemente, quando você está tentando entender o que está acontecendo dentro de seu código, é fácil esquecer que seu binário está interagindo quase sem parar com o kernel para executar muitas de suas funções.

Ao usar  strace, você vê a imagem completa.