前言

好久没写博客了，最近，上了一门公司内部的课程，觉得收获很大，所以，在博客写写，当成一个学习笔记。

首先Linux下的程序调试，这里只针对C/C++的程序，讲讲如何在编译阶段和运行阶段调试程序。后面将简单介绍一下几大性能分析工具。

一、编译阶段调试工具

与Javascript和Python不同，C/C++是编译语言，需要编译成目标文件，再将目标文件链接成一个可执行文件。

说到这里，就得说说Linux的ELF文件格式，ELF(Executable and Linkable Format)即可执行连接文件格式（注:window编译器会一般生成coff格式），是Linux，SVR4和Solaris2.0默认的目标文件格式，目前标准接口委员会TIS已将ELF标准化为一种可移植的目标文件格式，运行于32-bit Intel体系微机上，可与多种操作系统兼容。分析elf文件有助于理解一些重要的系统概念，例如程序的编译和链接，程序的加载和运行等。

ELF有三种格式：

可重定位文件:用户和其他目标文件一起创建可执行文件或者共享目标文件,例如lib*.a文件。

可执行文件：用于生成进程映像，载入内存执行,例如编译好的可执行文件a.out。 共享目标文件：用于和其他共享目标文件或者可重定位文件一起生成elf目标文件或者和执行文件一起创建进程映像，例如lib*.so文件。

这里就不展开了，有兴趣的同学可以了解一下，Linux下，默认编译好的a.out，就是ELF格式的文件。1. readelf 和 objdump

可以通过接下来这两个工具，readelf和objdump都可以从二进制文件a.out中读取相应的信息并显示。 至于两者的区别 stackoverflow有人提到。

#查看a.out的文件头部readelf -h a.out#查看a.out所有内容readelf -a a.out#查看a.out的反汇编代码objdump -S a.out

详细用法:

2.nm

用来列出目标文件的符号清单，这其中会出现符号的类型，符号的类型是以一个字母的形式显示的，小写字母表示这个符号是本地（local）的，而大写字母则表示这个符号是全局的（global,externel）。一般来说，类型有一下几种：T、D、B、U、W。各自的含义如下：T表示在代码段中定义的一般变量符号；D表示时初始化过的数据段；B表示初始化的数据段；U表示没有定义的，在这个库里面使用了，但是在其他库中定义的符号；W，weak的缩写，表示如果其他函数库中也有对这个符号的定义，则其他符号的定义可以覆盖这个定义。

当使用C/C++混编的程序，有时候，会发现找不到定义的情况，当使用了nm检查一下符号表，就一目了然了

#查看符号表函数签名nm -C ./a.out

3.strings

获取二进制文件里面的字符串常量，对于检查固定加密key值和某些常量的值十分有用，例如有时候一些变量，在测试环境和现网环境中，需要经常变化，里面一些变量，需要strings检查确认一下，是否为那个变量。

#在a.out二进制文件中，查找key字段strings a.out | grep “key="#在ls中，查找“http：”对应的信息strings /bin/ls | grep "http:"

4.strip

通过除去绑定程序和符号调试程序使用的信息，减少文件的大小，这个命令十分有用，可以帮助我们清除程序中不必要的标识符和调试信息，可以大大减少文件的大小，而不会影响使用，但是，strip之后的程序，就无法使用gdb进行调试了。所以千万不要对库文件使用。

#清除a.out的符号表和行号信息。strip a.out

二、运行阶段调试工具

1.gdb

大名鼎鼎的GDB，是程序运行时调试的一把利器，没有之一，如果要展开介绍，可以写多一篇博文了，这里简单带过，介绍一下。

首先，gdb调试的程序，需要在使用gcc命令编译的时候，加入-g 其中有几个很有用的命令： 1 bt：显示程序栈，当发现错误的时候，这个命令这个让你迅速定位到问题的所在。 2 c:继续执行 3 list：显示当前程序所断点位置的上下文，或者上次list位置之后的程序代码 4 step：进入函数内部，跟进函数

gdb对于使用C++做CGI开发，也有很重要作用，当前台需要通过HTTP协议传一个文件的时候，单单模拟POST已经无法满足了，所以，最简单的方法可以通过gdb来调试正在运行的进程。

可以从页面发起一个请求，当后台正在执行CGI的时候，马上使用 ps -ef | egrep "a.cgi" 找到进程号PID，然后通过 gdb -p PID 来跟踪进程。或者也可以通过进入gdb后，通过attach PID来调试正在运行， 进入之后，可以通过bt，或者list来确定当前的运行位置。 当调试完毕，可以通过detach来断开连接，让被调试的进程正常运行。 之前，遇到一个bug，死活调试不出是什么原因导致，多加一个参数，程序就错误，看代码也没看出所以然，最后，还是通过这个方法，定位到是一个指针被重复释放了两次而导致的。当然如果，程序很快就执行完，可以通过在程序代码中，调用sleep()函数，延缓执行时间。 gdb 的详细方法，可以Man 或者 Info

2.pmap

当想查看进程的内存分布情况或者目标文件各个段的大小，可以使用这个命令，这个命令与直接通过vim /proc/PID/maps是基本一样的。

3.Ldd

查看程序用到的动态链接库，这个命令其实是一个shell命令，显示出来的所以来的库文件，其实都是一个软连接。

三、性能分析工具

1.vmstat

vmstat是一个十分有用的Linux系统监控工具，使用vmstat命令可以得到关于进程、内存、内存分页、堵塞IO、traps及CPU活动的信息。

1 #每秒刷新一次结果 2 vmstat 1

2.strace

显示程序调用的系统调用 这里需要区分一下系统调用和C库函数:系统调用通常用于底层文件访问（low-level file access），例如在驱动程序中对设备文件的直接访问。

系统调用是操作系统相关的，因此一般没有跨操作系统的可移植性。 C库函数提供的文件操作函数如fopen, fread, fwrite, fclose, fflush, fseek等 库函数调用通常用于应用程序中对一般文件的访问。 库函数调用是系统无关的，因此可移植性好。

3.ltrace

显示程序调用的动态库函数 1 ltarce -p PID

4.sar

系统监控工具 类似vmstat

1 #检查IO使用情况 2 sar -d 1 100 3 #检查网卡使用情况 4 sar -n DEV 1 100 5 #检查CPU使用情况 6 sar -u 1 100

5.iostat

监控IO性能工具

1 #1秒显示一次IO信息 2 iostat -x 1

6.top

这个命令，大家已经十分熟悉了，动态显示系统当前的进程和其他状况

7.gprof

显示各个函数的执行时间

必须在gcc 加上-pg -g 如果对C库进行性能分析，gcc -lc_p 程序必须通过正常途径退出，不能kill -9 千万不能先使用上文所介绍的Strip，那样就无法分析各个函数执行。 1 gprof -b ./a.out

8.time

显示程序执行时间、其中用户态时间、其中内核态时间

但只能跟踪父进程

10.netstat

监控网卡状态， 其中两个重要的表项 Send-Q 接受队列 和 Recv-Q 发送队列 ，Recv-Q：Socket接收缓存，满了（比如CPU太忙）就会丢包

1 #显示TCP协议的连接情况 2 netstat -t 3 #显示udp协议的连接情况 4 netstat -u 5 #显示所有进程和监听端口 6 netstat -lpn 7 #统计udp包 8 netstat -su 9 #实时显示upd包的信息 10 watch netstat -su

11.Free

显示系统内存使用情况

命令就介绍完了，这只是一个入门的命令介绍，如果想深入可以通过Info，Man 和 Google，当然，最重要的还是自己要多动手。