Strace与C可执行文件？

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在我最近的求职面试中，我有多个简单的问题。

起初，我被要求编写一个简单的程序，从用户那里获取输入 x 并在内存中分配（使用 malloc）x 个字节。

我简单地写道：

void main()
{
    int x;
    scanf("%d",&x);
    malloc(x);
}

然后我被告知在运行我的可执行文件时显示所有被调用的系统调用，所以我去了终端并输入：

strace ./my_program.o

这很好，直到他问了类似的问题：

您在程序上运行 strace 时收到的输出可能非常混乱。并且无法知道在执行 malloc 期间使用了哪个系统调用。您能否建议对 C 代码进行简单的添加，以便您无论如何都能发现在执行 malloc 期间使用的系统调用。顺便说一句，您不允许向 strace 添加标志，并且必须在 C 代码中进行更改。

我在这里失去了他。可以对 C 代码进行哪些添加？

您的建议的输出示例（仍然没有帮助，因为出于奇怪的原因只有一次写入而不是 2，因为我将 C 代码更改为在 malloc 之前有一个，在 malloc 之后有一个）

execve("./a.out", ["./a.out"], 0x7ffc38701620 /* 50 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0x55df6cc1b000
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=96020, ...}) = 0
mmap(NULL, 96020, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7fb9d4900000
close(3)                                = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "177ELF21133>120352"..., 832) = 832
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2030928, ...}) = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fb9d48fe000
mmap(NULL, 4131552, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7fb9d42fe000
mprotect(0x7fb9d44e5000, 2097152, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7fb9d46e5000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1e7000) = 0x7fb9d46e5000
mmap(0x7fb9d46eb000, 15072, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fb9d46eb000
close(3)                                = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7fb9d48ff500) = 0
mprotect(0x7fb9d46e5000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x55df6b542000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0x7fb9d4918000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7fb9d4900000, 96020)           = 0
fstat(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
brk(NULL)                               = 0x55df6cc1b000
brk(0x55df6cc3c000)                     = 0x55df6cc3c000
read(0, 
"n", 1024)                     = 1
read(0, 5
"5n", 1024)                    = 2
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
write(1, "__________________________", 26__________________________) = 26
lseek(0, -1, SEEK_CUR)                  = -1 ESPIPE (Illegal seek)
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

回答

你malloc也没有发出任何系统调用（如brk）为小的值x（如23）

那是因为先前的scanf调用必须[内部]调用malloc. 内部malloc调用brk。

堆已经有足够的空间分配的，所以你 malloc可以完成请求，而不调用brk。

为了能够看到这一点，usleep(1)在你的malloc电话之前和之后放一个。这会生成对nanosleepsyscall 的无害调用，作为您 malloc调用周围的标记。

这是strace输入值的输出23：

execve("./fix1", ["./fix1"], 0x7ffea3366ac0 /* 94 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0x15fc000
arch_prctl(0x3001 /* ARCH_??? */, 0x7ffcf4a51d40) = -1 EINVAL (Invalid argument)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=340324, ...}) = 0
mmap(NULL, 340324, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f15ef9bf000
close(3)                                = 0
openat(AT_FDCWD, "/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "177ELF21133>1 E2"..., 832) = 832
lseek(3, 792, SEEK_SET)                 = 792
read(3, "4243GNUg225=37127203227A277:}7a216376301"..., 68) = 68
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2786704, ...}) = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f15ef9bd000
lseek(3, 792, SEEK_SET)                 = 792
read(3, "4243GNUg225=37127203227A277:}7a216376301"..., 68) = 68
lseek(3, 864, SEEK_SET)                 = 864
read(3, "4205GNU230043", 32) = 32
mmap(NULL, 1857472, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f15ef7f7000
mprotect(0x7f15ef819000, 1679360, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7f15ef819000, 1363968, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x22000) = 0x7f15ef819000
mmap(0x7f15ef966000, 311296, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x16f000) = 0x7f15ef966000
mmap(0x7f15ef9b3000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1bb000) = 0x7f15ef9b3000
mmap(0x7f15ef9b9000, 14272, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f15ef9b9000
close(3)                                = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f15ef9be500) = 0
mprotect(0x7f15ef9b3000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x403000, 4096, PROT_READ)     = 0
mprotect(0x7f15efa3c000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7f15ef9bf000, 340324)          = 0
fstat(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(0x88, 0x1), ...}) = 0
brk(NULL)                               = 0x15fc000
brk(0x161d000)                          = 0x161d000
brk(NULL)                               = 0x161d000
read(0, "23n", 1024)                   = 3
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
lseek(0, -1, SEEK_CUR)                  = -1 ESPIPE (Illegal seek)
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

但是，较大的值会导致您malloc发出mmap系统调用。

这是值的输出1000000000：

execve("./fix1", ["./fix1"], 0x7ffe4ec746d0 /* 94 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0x13df000
arch_prctl(0x3001 /* ARCH_??? */, 0x7ffe5a768930) = -1 EINVAL (Invalid argument)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=340324, ...}) = 0
mmap(NULL, 340324, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f61b6e83000
close(3)                                = 0
openat(AT_FDCWD, "/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "177ELF21133>1 E2"..., 832) = 832
lseek(3, 792, SEEK_SET)                 = 792
read(3, "4243GNUg225=37127203227A277:}7a216376301"..., 68) = 68
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2786704, ...}) = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f61b6e81000
lseek(3, 792, SEEK_SET)                 = 792
read(3, "4243GNUg225=37127203227A277:}7a216376301"..., 68) = 68
lseek(3, 864, SEEK_SET)                 = 864
read(3, "4205GNU230043", 32) = 32
mmap(NULL, 1857472, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f61b6cbb000
mprotect(0x7f61b6cdd000, 1679360, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7f61b6cdd000, 1363968, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x22000) = 0x7f61b6cdd000
mmap(0x7f61b6e2a000, 311296, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x16f000) = 0x7f61b6e2a000
mmap(0x7f61b6e77000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1bb000) = 0x7f61b6e77000
mmap(0x7f61b6e7d000, 14272, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f61b6e7d000
close(3)                                = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f61b6e82500) = 0
mprotect(0x7f61b6e77000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x403000, 4096, PROT_READ)     = 0
mprotect(0x7f61b6f00000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7f61b6e83000, 340324)          = 0
fstat(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(0x88, 0x1), ...}) = 0
brk(NULL)                               = 0x13df000
brk(0x1400000)                          = 0x1400000
brk(NULL)                               = 0x1400000
read(0, "1000000000n", 1024)           = 11
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
mmap(NULL, 1000001536, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f617b30e000
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
lseek(0, -1, SEEK_CUR)                  = -1 ESPIPE (Illegal seek)
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

这是我用来生成上述内容的程序。请注意，生成不属于或可以替换调用的系统调用的任何内容（例如）：scanfmallocusleeptime

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void
main()
{
    int x;

    scanf("%d", &x);
    usleep(1);
    malloc(x);
    usleep(1);
}

更新：

你能解释一下为什么这不起作用吗：[为空间编辑] – ariel

使用write 应该没问题。这是“无害的”，write系统调用应该显示得很好。正如我所提到的，任何系统调用都可以使用[如果它与任何其他scanf或malloc将要做的事情有独特的区别]。

为什么你说“不是 scanf 的一部分”？– 阿里尔

因为 [正如我提到的]scanf会做一个malloc[和一个 --free但那可能不会生成系统调用]。

即使有大量数字，我也没有看到 malloc 被调用。– 阿里尔

我不确定您的设置中发生了什么。我使用 1,000,000,000 来真正强制您的 malloc.

无论是nanosleep或者你的write系统调用应该工作作为标记。

您是否在标记调用之间的mmap跟踪中看到调用 [或更多brk调用]？

更新#2：

另外，我无法获得输入以使其显示 sbrk() 我该怎么做 – ariel

它是由单独的堆管理器来决定哪些系统调用sbrk，brk和/或mmap它会使用和时间。

在我的系统 [linux] 上，我使用的是mallocfrom glibc. 我的怀疑是它只会brk而不是 sbrk

brk并且sbrk足够相似，以至于给定的经理可能会使用其中一个，但不会同时使用两者——YMMV。

来自man sbrk：

在 Linux 上，sbrk() 被实现为使用 brk() 系统调用的库函数，并进行一些内部簿记，以便它可以返回旧的中断值。

以上是Strace与C可执行文件？的全部内容。
THE END
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