如何使用strace+pstack利器分析程序性能
引言
有時我們需要對程序進行優化、減少程序響應時間。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序運行時間的函數調用，再有針對地對相關函數進行代碼分析和優化，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跟蹤程序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消息收發程序，說明使用strace、pstack進行程序分析的具體方法。
程序說明
該
程序是一個簡單的socket程序，由server/client組成。server端監聽某端口，等待client的連接，client連接
server後定時向server發送消息，server每接收一條消息後向client發送響應消息。程序server與client交互如下圖示：
在程序運行起來之後，發現server接收到client的submit消息之後，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，消息響應慢是server端程序問題。下面我們來看如何使用strace和pstack分析server端程序響應慢的原因。
strace查看系統調用
首先我們拉起server/client程序，並使用strace對server進程進行跟蹤：
# ps -elf | grep server | grep -v grep 0 S root 16739 22642 0 76 0 - 634 1024 14:26 pts/2 00:00:00 ./server # strace -o server.strace -Ttt -p 16739 Process 16739 attached - interrupt to quit
稍等一段時間之後，我們將strace停掉， server.strace文件中有以下輸出：
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接收數據之後(對應recvfrom調用)，經過1s左右時間將消息發出(對應sendto調用)，從響應時間看，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，要顯示程序中函數調用棧信息，就輪到pstack上場了。
pstack查看函數堆棧
pstack是一個腳本工具，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 ()
從以上信息可以看出，函數調用關係爲：main->ha_ha->sleep，因而我們可以找到ha_ha函數進行分析和優化修改。
小結
本文通過一個server/client程序事例，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查到程序中具體的耗時函數，一步步找到了影響程序運行時間的程序代碼。
更多地瞭解底層，從操作系統層面着手，更有助於程序性能分析與優化。
本文中使用的server/client程序和pstack腳本可從這裏下載。