驱动工程师的工作是连接应用工程师和硬件工程师： 当应用调用你的接口但功能未实现时：
检查驱动日志，添加调试信息（如 dev_dbg），然后重新复现问题查看日志
使用 strace 命令跟踪系统调用日志进行排查
一、前言
1、面向应用开发者
当我们遇到应用性能问题，但系统指标都正常时，该怎么办？ 关键是要突破应用和内核的边界，看看内核到底在做什么。以下是具体方法：
1. 先搞懂应用在系统调用里干了啥
应用和内核的分界线就是系统调用（比如 read()、write() 这些函数）。你可以：
记录调用细节：用工具（比如
strace）跟踪应用调用了哪些系统调用，每个调用用了多长时间。看内核在做什么：比如应用调用
read()读文件时，内核可能在等待磁盘响应、处理缓存，或者在排队等待其他任务。
2. 区分“应用自己在忙”和“内核在卡顿”
应用自己耗时：比如应用在计算、循环，这时候问题在代码逻辑里。
内核在耗时：比如系统调用用了很长时间（比如
sleep()突然卡住），说明内核可能在忙其他事（比如处理大量进程、磁盘 IO）。
3. 看内核在忙什么“额外任务”
即使指标正常，内核可能在偷偷做其他事：
优先级问题：比如内核在忙低优先级任务（比如定时任务、后台服务），导致你的应用被“挤占”CPU。
资源争夺：比如多个进程争抢同一资源（内存、磁盘），导致你的应用被阻塞。
隐藏的开销：比如频繁的上下文切换、锁竞争，这些指标可能不会直接显示，但会拖慢应用。
4. 直接观察内核的“黑盒行为”
即使指标正常，也可以通过以下方式“看穿”内核：
抓内核执行轨迹：用工具（比如
perf）记录内核在系统调用中具体做了什么（比如调用了哪些函数）。找时间消耗点：比如应用调用
malloc()时，内核可能在频繁分配内存，导致卡顿。对比正常和异常场景：在问题发生时和正常时，对比内核的执行路径差异，找到异常点。
总结一句话：
应用和内核的分界线是系统调用，分析问题时要“穿透”系统调用，看内核在背后到底在做什么“额外动作”。即使指标正常，也可能存在内核资源竞争、隐藏开销等问题，需要直接追踪内核行为才能定位。
2、内核开发者
作为应用开发者，即使你对程序的业务逻辑不熟悉，也可以通过一个叫 strace 的工具来分析问题。这个工具就像一个"程序行为记录仪"，能帮你了解程序在运行时和操作系统之间的互动。
为什么这个工具有用？
它能记录程序每次请求操作系统执行任务（系统调用）的详细过程
可以看到每个操作具体用了多长时间
能同时跟踪多线程程序的所有操作
基本使用方法示例：
strace -T -tt -ff -p 进程号 -o 记录文件（这个命令会跟踪指定进程的所有线程，记录每个系统调用的执行时间和具体操作）
关键知识点：
工作原理：strace 通过拦截程序和操作系统之间的通信来记录数据。理解这一点很重要，因为：
如果问题出在程序内部逻辑（比如算法错误），strace 可能帮不上忙
如果问题涉及操作系统交互（比如文件读写、网络请求），strace 能直接定位问题位置
典型应用场景：
当程序响应变慢时，通过
-T参数能快速找到耗时的操作步骤当程序卡住时，通过记录可以定位到具体卡在哪个系统操作上
分析多线程程序时，
-ff参数会自动生成分文件记录，让调试更清晰
记住：工具本身只是手段，理解它的运作方式才能知道什么时候用、怎么用。就像修车时，知道听诊器只能检测发动机异响，却检测不了轮胎磨损一样。
二、strace 工具的原理
当我们想用 strace 监控某个进程时，这个工具会通过 ptrace 系统调用"附着"到目标进程上。具体来说：
工作原理：
strace会用PTRACE_SYSCALL模式追踪进程。每当进程执行系统调用时，就会触发一个SIGTRAP信号强制暂停进程。这时strace会接管，记录下系统调用的详细信息（比如名称、参数、耗时等），处理完后再让进程继续运行。这个过程就像每次系统调用都被按了暂停键，处理完才能继续。性能问题： 每次系统调用都被中断并等待
strace处理，会让目标进程执行变慢。比如原本 1 秒完成的任务，可能变成多次暂停+继续，总耗时明显增加。因此在生产环境（比如线上服务器）使用时要格外小心，最好提前做好回滚或监控预案。问题定位下一步： 如果发现某个系统调用特别耗时（比如
read或write用了几十毫秒），接下来需要：
确认具体场景：检查该调用的参数（如文件路径、网络地址）和上下文（如调用前后的代码逻辑）。
深入内核层分析：查看系统日志（
dmesg）、磁盘 IO 状态（iostat）、网络延迟（tcpdump）等，确定是硬件瓶颈（如磁盘慢）、资源竞争（如锁等待），还是内核处理逻辑的问题。对比测试：在相同条件下单独测试该系统调用，确认是否是环境问题还是代码问题。
简单来说：strace 像一个"暂停-记录-继续"的监控器，但频繁暂停会影响性能。若发现某个系统调用异常，需要结合具体参数、内核状态和环境数据进一步排查根本原因。
三、strace 工具的使用
1、相关参数
-c 统计每一系统调用的所执行的时间,次数和出错的次数等.
-d 输出strace关于标准错误的调试信息.
-f 跟踪由fork调用所产生的子进程.
-ff 如果提供-o filename,则所有进程的跟踪结果输出到相应的filename.pid中,pid是各进程的进程号.
-F 尝试跟踪vfork调用.在-f时,vfork不被跟踪.
-h 输出简要的帮助信息.
-i 输出系统调用的入口指针.
-q 禁止输出关于脱离的消息.
-r 打印出相对时间关于,,每一个系统调用.
-t 在输出中的每一行前加上时间信息.
-tt 在输出中的每一行前加上时间信息,微秒级.
-ttt 微秒级输出,以秒了表示时间.
-T 显示每一调用所耗的时间.
-v 输出所有的系统调用.一些调用关于环境变量,状态,输入输出等调用由于使用频繁,默认不输出.
-V 输出strace的版本信息.
-x 以十六进制形式输出非标准字符串
-xx 所有字符串以十六进制形式输出.
-a column 设置返回值的输出位置.默认 为40.
2、跟踪已经在运行的进程
通过使用 -p 选项能用在运行的进程上。 ./strace -p 800
3、通过它启动要跟踪的进程
./strace ./example_uart 115200
四、收个尾🎉
strace 工具是应用和内核的边界，如果你是一名应用开发者，并且想去拓展分析问题的边界，那你就需要去了解 strace 的原理，还需要了解如何去分析 strace 发现的问题；
五、案例
源码：
应用
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#define CMD_TEST0 _IOW('L',0,int)
struct args{//定义要传递的结构体
int a;
int b;
int c;
};
int main(int argc,char *argv[]){
int fd;//定义int类型文件描述符
struct args test;//定义args类型的结构体变量test
test.a = 1;
test.b = 2;
test.c = 3;
fd = open("/dev/test",O_RDWR,0777);//打开/dev/test设备
if(fd < 0){
printf("file open error \n");
}
ioctl(fd,CMD_TEST0,&test);//使用ioctl函数传递结构体变量test地址
close(fd);
}驱动
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/uaccess.h>
#define CMD_TEST0 _IOW('L',0,int)
struct args{
int a;
int b;
int c;
};
struct device_test{
dev_t dev_num; //设备号
int major ; //主设备号
int minor ; //次设备号
struct cdev cdev_test; // cdev
struct class *class; //类
struct device *device; //设备
char kbuf[32];
};
static struct device_test dev1;
static long cdev_test_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct args test;
switch(cmd){
case CMD_TEST0:
if(copy_from_user(&test,(int *)arg,sizeof(test)) != 0){
printk("copy_from_user error\n");
}
printk("a = %d\n",test.a);
printk("b = %d\n",test.b);
printk("c = %d\n",test.c);
break;
default:
break;
}
return 0;
}
/*设备操作函数*/
struct file_operations cdev_test_fops = {
.owner = THIS_MODULE, //将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
.unlocked_ioctl = cdev_test_ioctl,
};
static int __init timer_dev_init(void) //驱动入口函数
{
/*注册字符设备驱动*/
int ret;
/*1 创建设备号*/
ret = alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num, 0, 1, "alloc_name"); //动态分配设备号
if (ret < 0)
{
goto err_chrdev;
}
printk("alloc_chrdev_region is ok\n");
dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号
dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号
printk("major is %d \r\n", dev1.major); //打印主设备号
printk("minor is %d \r\n", dev1.minor); //打印次设备号
/*2 初始化cdev*/
dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&dev1.cdev_test, &cdev_test_fops);
/*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/
ret = cdev_add(&dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1);
if(ret<0)
{
goto err_chr_add;
}
/*4 创建类*/
dev1. class = class_create(THIS_MODULE, "test");
if(IS_ERR(dev1.class))
{
ret=PTR_ERR(dev1.class);
goto err_class_create;
}
/*5 创建设备*/
dev1.device = device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, "test");
if(IS_ERR(dev1.device))
{
ret=PTR_ERR(dev1.device);
goto err_device_create;
}
return 0;
err_device_create:
class_destroy(dev1.class); //删除类
err_class_create:
cdev_del(&dev1.cdev_test); //删除cdev
err_chr_add:
unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号
err_chrdev:
return ret;
}
static void __exit timer_dev_exit(void) //驱动出口函数
{
/*注销字符设备*/
unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号
cdev_del(&dev1.cdev_test); //删除cdev
device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num); //删除设备
class_destroy(dev1.class); //删除类
}
module_init(timer_dev_init);
module_exit(timer_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");