1. 简介
Strace是一个用于监测、分析进程系统调用的工具，也是诊断程序执行期间出现问题的一种重要方式。Strace会记录被监测进程的每次系统调用，并将这些调用输出到终端或者日志文件中，包括调用的参数和返回值。
2. Strace的用途
Strace可以用来分析进程之间的通信、监测系统调用失败的原因、检测线程错误的原因等。同时，如果你正在调试某个程序，但是无法确定程序是出在哪个地方的问题，那么使用Strace是一个不错的选择，因为它可以让你观察被监测进程的系统调用，从而帮助你找到问题所在。
2.1 Strace的基本用法
使用Strace非常简单，只需要在命令行中输入要被监测的进程和相应的参数即可，例如：
strace -o output.txt program arg1 arg2 arg3
其中，-o选项表示将输出保存到文件output.txt中，program是要被监测的进程名，arg1, arg2, arg3是进程的参数。
2.2 Strace的输出解读
Strace的输出信息非常详细，可以让人眼花缭乱。下面是Strace输出内容的一部分：
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0\320\t\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=2132880, ...}) = 0
mmap(NULL, 2236968, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f6fd8d11000
mprotect(0x7f6fd8ec7000, 2093056, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7f6fd90c6000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1b5000) = 0x7f6fd90c6000
mmap(0x7f6fd90cc000, 16832, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f6fd90cc000
close(3) = 0
每行输出记录了一个系统调用，其中包括系统调用名称和调用参数等信息。例如，第一行记录了一个名为open的系统调用，它被调用以打开/etc/ld.so.cache文件，并返回标识文件的文件描述符3。
此外，Strace还会记录系统调用的返回值，如果返回值小于0，则表示调用失败。例如：
writev(2, [{iov_base="Usage: ", iov_len=7}, {iov_base="program_name [args]\n", iov_len=21}], 2Usage: ) = -1 EBADF (Bad file descriptor)
这里记录了一个名为writev的系统调用，它被调用以向标准错误流输出错误信息，但是由于EBADF（坏文件描述符）的错误发生了，它返回-1。
3. Strace调试实战
下面我们来演示如何使用Strace调试一个C语言程序。
首先，我们需要准备一个简单的C语言程序，如下所示：
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello, world!\n");
return 0;
}
保存为hello.c，并使用gcc编译成可执行文件：
gcc -o hello hello.c
接下来，我们可以使用Strace监测该程序的系统调用，例如：
strace -o output.txt ./hello
上述命令会将监测程序的输出保存到output.txt文件中，然后我们打开output.txt文件来查看程序执行过程中的系统调用：
execve("./hello", ["./hello"], 0x7ffda1f7d880 /* 53 vars */) = 0
brk(NULL) = 0x55c08b1ea000
fcntl(0, F_GETFD) = 0
fcntl(1, F_GETFD) = 0
fcntl(2, F_GETFD) = 0
ioctl(1, TCGETS, 0x7ffe56cb8f60) = -1 EINVAL (Invalid argument)
write(1, "Hello, world!\n", 14) = 14
exit_group(0) = ?
+++ exited with 0 +++
从输出内容中可以看出，程序先通过execve系统调用加载到内存中，然后调用了brk向内核请求堆空间，接着通过fcntl系统调用获取标准输入、标准输出、标准错误流的文件描述符，然后调用ioctl获取终端属性，最后通过write系统调用将“Hello, world!”字符串输出到标准输出流。
通过使用Strace，我们可以更加直观地了解程序的执行过程，并且在程序出错时，通过输出信息可以帮助我们更快速地找到问题所在。
4. 注意事项
在使用Strace时需要注意一些事项：
输出文件大小：由于Strace会记录程序的所有系统调用，因此输出文件会非常大，通常需要在程序运行时及时清空输出文件，避免过大的输出文件影响系统性能。
对进程性能的影响：由于Strace会拦截系统调用和信号，因此它可能会影响程序的性能。在调试高性能程序时，需要谨慎使用。
远程调试：Strace可以用于远程调试，但需要先通过SSH等工具远程连接到目标机器。然而，由于Strace可能会暴露被调试程序的机密信息，因此需要注意安全性。
5. 总结
本文介绍了如何使用Linux Strace工具调试程序，并提供了一些注意事项。使用Strace可以帮助我们更好地了解程序的执行过程和发现问题所在，因此是程序员调试工具箱中不可或缺的工具之一。