Bài 42.224 phút đọc

strace và chi phí syscall

Sau bài này bạn sẽ làm được

Dùng strace để xem và thống kê syscall
Phân biệt man mục 2 và mục 3
Giải thích vì sao đọc từng byte chậm gấp nghìn lần
Dùng ltrace để xem lời gọi thư viện

stracecho bạn xem mọi lời gọi hệ thống một chương trình thực hiện. Nó biến câu "chương trình nói gì với nhân" từ trừu tượng thành một danh sách đọc được, và là công cụ chẩn đoán mạnh nhất trên Linux.

#strace

terminal

# Xem MOI syscall cua mot chuong trinh

strace ./hello

execve("./hello", ["./hello"], 0x7ff...) = 0
brk(NULL)                     = 0x561...
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/lib/.../libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF...", 832)    = 832
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, ...) = 0x7f...
...
write(1, "xin chao\n", 9)     = 9
exit_group(0)                 = ?

Đọc một dòng strace

write(1, "xin chao\n", 9)     = 9
^^^^^ ^  ^^^^^^^^^^^^  ^      ^^^
ten   fd  du lieu     do dai  gia tri tra ve

/* Nghia: goi write vao fd 1 (stdout), 9 byte "xin chao\n",
   tra ve 9 (ghi du 9 byte).

   Khi ket qua la -1, strace in ca ten ma loi va thong diep:
     openat(...) = -1 ENOENT (No such file or directory)
   Do la cach nhanh nhat tim ra "chuong trinh cua toi mo tep gi
   ma khong duoc". strace hien dung ten tep va ma loi. */

strace giải quyết vấn đề gì trong thực tế

/* Bon cau hoi strace tra loi ngay:

   1. "Chuong trinh cua toi tim tep cau hinh o dau?"
      strace -e openat ./prog     -> thay moi tep no thu mo.

   2. "Vi sao no cham?"
      strace -c ./prog            -> syscall nao ton nhieu thoi gian.

   3. "Vi sao no treo?"
      strace -p PID               -> gan vao tien trinh dang chay,
                                     xem no dang ket o syscall nao
                                     (thuong la read hoac futex).

   4. "No that su goi syscall gi khi toi lam X?"
      strace ./prog               -> xem toan bo.

   Voi mot chuong trinh loi ma ban khong co ma nguon, strace van
   cho ban thay no lam gi voi he thong. Do la cong cu chan doan
   khong the thay the tren Linux. */

#Thống kê -c

terminal

# -c: thong ke thay vi liet ke tung dong

strace -c ./perf 1

% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 99.82    5.204831           0  20971520           read
  0.10    0.005102          12       417           mmap
  0.05    0.002431           9       260           write
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00    5.213...             20972197           total

strace -c ./perf 65536

% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 42.11    0.000198           0       320           read
 ...
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------

Con số chứng minh vì sao bộ đệm quan trọng

buffer 1 byte:      20971520 calls read
buffer 64 KB:            320 calls read

/* Cung mot chuong trinh doc cung mot tep, chi khac kich thuoc
   bo dem. 20 trieu syscall so voi 320. Do la ly do doc tung byte
   cham hon hang nghin lan (Bai 41.3 do duoc 53 giay so voi 22 ms).

   strace -c cho ban con so CHINH XAC ve so lan goi va thoi gian,
   nen no la cach chung minh mot cai bay hieu nang thay vi doan.

   Dung strace -c khi:
     - toi uu hoa: tim syscall goi qua nhieu
     - so sanh hai cach viet ve so syscall
     - tim ra ma dang "danh" he thong bang syscall thua */

#Lọc và ltrace

strace -e trace=open,openat,read ./prog   # chi cac syscall nay
strace -e trace=file ./prog               # moi syscall lien quan tep
strace -e trace=network ./prog            # moi syscall mang
strace -f ./prog                          # theo doi ca tien trinh CON (fork)
strace -p 1234                            # gan vao tien trinh dang chay
strace -T ./prog                          # in thoi gian moi syscall
strace -o vet.txt ./prog                  # ghi ra tep thay vi man hinh

/* -f RAT huu ich voi chuong trinh dung fork (nhu shell): khong
   co no, strace chi thay tien trinh cha, khong thay con exec gi. */

ltrace xem lời gọi thư viện, không phải syscall

ltrace ./prog

/* strace xem SYSCALL (write, read, open...).
   ltrace xem loi goi THU VIEN (printf, malloc, strcpy...).

   Vi du voi printf("hi"):
     ltrace thay:  printf("hi")
     strace thay:  write(1, "hi", 2)

   Dung ltrace khi ban muon biet chuong trinh goi ham THU VIEN
   nao (malloc bao nhieu lan, strlen tren cai gi), va strace khi
   ban muon biet no noi voi NHAN the nao.

   ltrace it pho bien hon va khong phai luc nao cung cai san,
   nhung rat huu ich de theo doi malloc/free tim ro ri. */

#Các nhóm syscall

Nhóm	Syscall tiêu biểu	Chương
Tệp	open, close, read, write, lseek, stat, unlink	41
Tiến trình	fork, execve, exit, wait4, kill, getpid	40
Bộ nhớ	mmap, munmap, brk, mprotect	42.3
IPC	pipe, socket, bind, listen, accept, connect	43, 46
Tín hiệu	signal, sigaction, sigprocmask	44
Thời gian	clock_gettime, nanosleep, gettimeofday	42
Ghép kênh	select, poll, epoll_wait	46.9

Linux có khoảng ba trăm syscall, bạn dùng vài chục

/* Toan bo giao dien giua chuong trinh va nhan Linux la khoang
   300-400 syscall. Nhung ban chi dung thuong xuyen vai chuc:
   read, write, open, close, mmap, fork, execve, wait, pipe,
   socket, va vai cai nua.

   Moi thu khac trong C, ke ca malloc, printf, fopen, pthread,
   deu duoc XAY TREN cac syscall nay. malloc goi mmap/brk.
   printf goi write. fopen goi open. pthread_create goi clone.

   Do la ly do Phan 16 quan trong: no la TANG THAP NHAT ma ma
   C cua ban cham toi. Hieu no la hieu ma moi thu ben tren dua
   vao gi. Xem: */
man 2 syscalls          # danh sach moi syscall
ausyscall --dump        # so hieu tung syscall

Tự làm thử

Chạy strace trên chương trình Hello World tĩnh và động, so số syscall.
Dùng strace -c chứng minh đọc từng byte gọi nhiều read hơn đọc theo khối.
Dùng strace -e openat tìm mọi tệp một chương trình thử mở.
Gắn strace -p vào một chương trình đang treo và tìm syscall nó đang kẹt.
Dùng strace -f theo dõi một chương trình fork cộng exec.
Dùng ltrace để đếm số lần malloc một chương trình gọi.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

strace liệt kê mọi syscall một chương trình gọi, kèm tham số và giá trị trả về, hiện cả tên mã lỗi.
strace -c thống kê số lần gọi và thời gian, dùng để chứng minh bẫy hiệu năng thay vì đoán.
Lọc bằng -e, theo con bằng -f, gắn tiến trình bằng -p; ltrace xem lời gọi thư viện.
man 2 là syscall, man 3 là hàm thư viện xây trên syscall.
Linux có vài trăm syscall nhưng bạn dùng vài chục; mọi thứ trong C xây trên chúng.