在Linux上跟踪libc和系统调用函数的调用？

Question

我在Linux上有一个C++应用程序。如何在程序执行期间查看库调用，例如malloc()，然后跟踪到系统调用，例如sbrk()等等？

我希望能够显示出哪些libc函数发生了并导致了后续的Linux系统调用。

NB：我不希望拦截任何函数调用，只是记录哪些C库函数调用了哪些系统调用。

- user997112

Answer 1

我希望能够展示哪些libc函数发生并负责后续的Linux系统调用。

你可能需要使用ltrace(1)和/或strace(1)。

当然，可以阅读syscalls(2)和Advanced Linux Programming，或使用ld.so(8)技巧与动态链接器。你也可以阅读Linkers and Loaders。

我相信编译应用程序时启用所有警告和调试信息（例如g++ -Wall -Wextra -g）应该有所帮助（特别是提供更好的输出）。您甚至可能想要安装某些系统库的调试变体（在Debian或Ubuntu上，例如libstdc++6-4.8-dbg等软件包）。

只有当您认为已经纠正了大多数错误后，才启用优化重新编译代码

（实际上意味着：将-O2添加到g++程序选项中，因此请适当配置您的构建自动化工具，例如如果您使用GNU make，请编辑您的Makefile）。

如果您在2020年使用最新的GCC 10，请考虑使用其静态分析器选项。还可以考虑使用Frama-C或Clang静态分析器。

你还应该考虑使用valgrind，并且对于最近的GCC编译器，使用一些消毒选项（例如-fsanitize=address），当然还要启用所有警告和DWARF调试信息（因此也要将-Wall -Wextra -g传递给gcc或g++）。

而且，你可以使用最新的GDB调试器半自动跟踪一些函数，因为gdb may be scriptable在Python或Guile中。

另一种方法（参见this draft报告）是编写自己的GCC插件，然后在编译您自己或其他源代码时使用它。

顺便说一下，要想了解标准库的工作方式（即调用哪些系统调用），你不仅可以使用strace跟踪使用它们的程序，还可以因为Linux上许多库都是自由软件或开源的，所以下载并学习它们的源代码。我发现musl-libc的源代码非常易读。另外还有更常见的Gnu libc。C++标准库打包在GCC内部。

如果想要系统化的方法，请阅读LinuxFromScratch。如果有足够的耐心（需要数周时间），你可以编译所有的Linux软件（或使用基于源代码的发行版，例如Gentoo）。

- Basile Starynkevitch

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这个答案很有启发性！它值得更多的赞。 - chqrlie

Answer 2

您可以从以下开始：

man ld-linux
export LD_DEBUG=help

例如，我想了解ls命令使用了哪些功能：

export LD_DEBUG=symbols
export LD_DEBUG_OUTPUT=myoutput.txt
[xxxx@localhost ~]$ ls -l
total 244
-rw-rw-r--   1 xxxxx pppppp    247 Jul 15 12:05 28_29storage.txt

现在在myoutput.txt.pidnumber文件中，我有以下内容:

   13419:   symbol=malloc;  lookup in file=ls [0]
   13419:   symbol=malloc;  lookup in file=/lib64/libselinux.so.1 [0]
   13419:   symbol=malloc;  lookup in file=/lib64/libcap.so.2 [0]
   13419:   symbol=malloc;  lookup in file=/lib64/libacl.so.1 [0]
   13419:   symbol=malloc;  lookup in file=/lib64/libc.so.6 [0]

- c4f4t0r

Answer 3

你可以像前面的回答所提到的那样使用ltrace/strace进行系统调用。为了追踪libc调用，你需要决定要追踪哪些特定的调用，并创建一个使用LD_PRELOAD覆盖它们的库。

请参见在C中创建malloc和free的包装函数，了解如何执行此操作的详细信息。

- tohava

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你比我先一步，我想看看new() -> malloc()在sbrk()/mmap()等方面的具体操作。 - user997112