使用 Strace 和 GDB 调试工具的乐趣

编写 UNIX® 系统程序充满乐趣，并且具有教育意义。使用 UNIX strace 工具和 GDB（GNU 项目调试工具），您可以真正地深入研究系统的功能，并了解组成这些功能的各种各样的程序。同时使用这两种工具，能够在查看 UNIX 计算机底层信息 的时候，给您带来更好的体验。

UNIX 家族总是为用户提供了丰富的工具。UNIX 是一个工具财宝箱，有了这些工具，您不仅可以完成具有创造性的工作，还可以在深入研究该操作系统的同时得到教育和娱乐。strace（用来跟踪任何程序的系统调用）和 GDB 调试工具（用来在受控的环境中运行程序的功能齐全的调试工具）是实现这个目标的两个有价值的工具。

UNIX 的设计由大量的函数调用（称为系统调用）组成，其中包括一些简单的任务，如在屏幕上显示字符串来设置任务优先级。所有的 UNIX 程序都是通过调用操作系统提供的这些底层服务来完成它们的任务，使用 strace 工具，您可以清楚地看到这些调用过程及其使用的参数。通过这种方式，您可以操作这些程序，以了解它们与操作系统之间的底层交互。

让我们以一个简单的 UNIX 命令 <code>pwd</code> 作为开始，然后更深入地研究该命令在完成其任务的过程中进行了哪些工作。启动 xterm 以创建一个进行实验的受控环境，然后输入下面的命令：

这个 <code>pwd</code> 命令显示了当前的工作目录。在我的计算机上，当时的输出是：

一个如此简单的函数掩饰了该命令底层的复杂性（顺便说一下，所有的计算机程序都是这样的）。要真正地了解其复杂性，请使用 strace 工具再次运行 <code>pwd</code> 命令：

<a href="http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-unix-strace.html#ibm-pcon">回页首</a>

您所看到的应该是 <code>getcwd()</code> 函数完整的清单以及这个重要的 <code>C</code> 函数需要的和返回的参数清单。同样地，您可以输入 <code>man brk</code> 或 <code>man fstat64</code>等等。通常，UNIX 系统通过文档对这些系统函数进行了详细的说明，如果花些时间仔细地研究它们，您将逐渐地了解到 UNIX 的功能是多么的强大，以及学习这些底层系统细节是多么的容易。在所有的操作系统中，UNIX 最善于帮助您理解其底层的处理过程。

对于下面几个步骤，您需要使用更庞大且更复杂的程序，而不是像 <code>pwd</code> 这样简单的 UNIX 命令。简单的超文本传输协议 (HTTP) 服务器，如 nweb，是非常适合的。当您在 Internet 上冲浪 的时候，HTTP 服务器侦听浏览器请求，然后通过发送所请求的对象，如 Web 页面和图形文件，以此响应浏览器的请求。

注意：我假设您需要为 Linux® 工作站编译这个程序。如果实际情况并非如此，那么有关在其他的 UNIX 操作系统上对该程序进行编译的详细信息，请阅读这篇 nweb 文章。

最后，要确认 nweb 确实正在运行并且状态正常，可以在您的计算机上启动一个 Web 浏览器并在地址栏中输入 <code>http://localhost:9090</code>。

请注意，在调用网络 <code>accept()</code> 函数的过程中停止了跟踪操作。在浏览器中刷新几次 <code>http://localhost:9090</code> 页面，请注意每次刷新该页面时 strace 的显示。这是不是很棒呢？您所看到的是，当 Web 浏览器调用 HTTP 服务器 (<code>nweb</code>) 时，服务器所进行的底层网络调用。简单地说，<code>nweb</code> 正在接受 来自您的浏览器的调用。

您可以在运行 strace 的具有窗口焦点的 xterm 中按下 Ctrl+C 以停止对网络调用的跟踪。

正如您所看到的，strace 可以作为了解用户程序如何通过某些系统调用与操作系统进行交互的一个很好的程序。GDB 调试工具本身也可以附加于一个正在运行的进程，并帮助您进行更深入的研究。

<code>-quiet</code> 选项告诉 GDB 调试工具仅显示其提示符，而不要显示所有其他的启动信息。如果需要显示额外的文本信息，可以去掉 <code>-quiet</code> 选项。

反汇编清单显示了该 <code>main</code> 函数的汇编语言清单。在本示例中，汇编代码指示出运行该代码的计算机使用的是 Intel® Pentium® 处理器。如果该程序运行于不同类型的处理器上，如基于 IBM Power PC® 的计算机，那么您的代码看上去将有很大的区别。

此时，GDB 调试工具已设置为在 nweb 服务器接受 浏览器请求处进行中断，该调试工具将仅仅显示相应的请求并继续处理其他的请求，而不会中断正在运行的程序。刷新几次浏览器中的 <code>http://localhost:9090/</code> 页面，可以观察到，GDB 调试工具显示了断点并继续运行。

请注意，您正告诉 GDB 调试工具停止对一个仍在内存中活动的程序的调试。即使是在退出了调试工具之后，您还可以刷新浏览器页面，并将看到 nweb 仍在运行。可以输入 <code>kill 4009</code> 命令来停止该程序，或者在您退出会话时，该页面将会消失。

和平常一样，您可以通过其 man 和 info 页面来了解各种各样的工具，如 strace 和 GDB 调试工具。请确保使用 UNIX 为您提供的这些工具！

了解关于您所使用的计算机的尽可能多的信息，绝不是件坏事，并且还可以从这个过程中获得乐趣。实际上，UNIX 通过提供各种工具，如 strace 和 GDB 调试工具以及包含在相应的 man 和 info 页面中的大量的信息，鼓励您对系统进行研究和学习。计算机是人类智慧的延伸，并且我们对其了解得越多，它们将变得越有用。