如何使用strace+pstack利器剖析器效能

引言

有時我們需要對程式進行最佳化、減少程式回應時間。除了一段段地對代碼進行時間複雜度分析，我們還有更便捷的方法嗎？

若能直接找到影響程式已耗用時間的函數調用，再有針對地對相關函數進行程式碼分析和最佳化，那相比漫無目的地看代碼，效率就高多了。

將strace和pstack工具結合起來使用，就可以達到以上目的。strace跟蹤程式使用的底層系統調用，可輸出系統調用被執行的時間點以及各個調用耗時；pstack工具對指定PID的進程輸出函數調用棧。

下面我們通過一個簡單的訊息收發程式，說明使用strace、pstack進行程式分析的具體方法。

程式說明
該程式是一個簡單的socket程式，由server/client組成。server端監聽某連接埠，等待client的串連，client串連server後定時向server發送訊息，server每接收一條訊息後向client發送響應訊息。程式server與client互動如示：

在程式運行起來之後，發現server接收到client的submit訊息之後，需要較長時間才發出resp響應。通過tcpdump抓包發現，time2與time1的時間間隔在1s左右：

由上初步分析可知，訊息響應慢是server端程式問題。下面我們來看如何使用strace和pstack分析server端程式響應慢的原因。

 

strace查看系統調用
首先我們拉起server/client程式，並使用strace對server進程進行跟蹤：

# ps -elf | grep server | grep -v grep0 S root 16739 22642 0 76 0 - 634 1024 14:26 pts/2 00:00:00 ./server# strace -o server.strace -Ttt -p 16739Process 16739 attached - interrupt to quit

 

稍等一段時間之後，我們將strace停掉， server.strace檔案中有以下輸出：

14:46:39.741366 select(8, [3 4], NULL, NULL, {1, 0}) = 1 (in [4], left {0, 1648}) <0.998415>14:46:40.739965 recvfrom(4, "hello", 6, 0, NULL, NULL) = 5 <0.000068>14:46:40.740241 write(1, "hello\n", 6)  = 6 <0.000066>14:46:40.740414 rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0 <0.000046>14:46:40.740565 rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0 <0.000048>14:46:40.740715 rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0 <0.000046>14:46:40.740853 nanosleep({1, 0}, {1, 0}) = 0 <1.000276>14:46:41.741284 sendto(4, "hello\0", 6, 0, NULL, 0) = 6 <0.000111>

可以看到server接收資料之後(對應recvfrom調用)，經過1s左右時間將訊息發出(對應sendto調用)，從回應時間看，與抓包的結果吻合。又可以看出nanosleep系統調用耗費了1s時間。

因而可以斷定響應延時由nanosleep對應的函數調用造成。

那具體是哪一個函數調用呢？在strace輸出結果中並不能找到答案，因其輸出顯示都是系統調用，要顯示程式中函數調用棧資訊，就輪到pstack上場了。

 

pstack查看函數堆棧
pstack是一個指令碼工具，其核心實現就是使用了gdb以及thread apply all bt命令，下面我們使用pstack查看server進程函數堆棧：

# sh pstack.sh 16739#0 0x00002ba1f8152650 in __nanosleep_nocancel () from /lib64/libc.so.6#1 0x00002ba1f8152489 in sleep () from /lib64/libc.so.6#2 0x00000000004007bb in ha_ha ()#3 0x0000000000400a53 in main ()

從以上資訊可以看出，函數調用關係為：main->ha_ha->sleep，因而我們可以找到ha_ha函數進行分析和最佳化修改。

小結
本文通過一個server/client程式案例，說明了使用strace和pstack分析響應延時的方法。

由最初server端響應慢現象，到使用strace跟蹤出具體耗時的系統調用，再到使用pstack查到程式中具體的耗時函數，一步步找到了影響程式已耗用時間的程式碼。

更多地瞭解底層，從作業系統層面著手，更有助於程式效能分析與最佳化。

 

本文中使用的server/client程式和pstack指令碼可從這裡下載。