了解系统调用就能在业务发生问题时有更多招数，见招拆招。知道了系统调用的概念，有时候我们还需要用工具去实际观察进程是如何发起系统调用，对操作系统做了哪些请求，今天就来聊一聊。

观察系统调用工具

在 Linux 中我们常用用观察系统调用的工具是 strace，在 macOS 系统上常用的是 dtruss

案例1，通过 strace 可以看到一个 Go 进程的启动过程到底调用了哪些系统调用，这里有个例子（具体代码不用关注）：

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使用 strace 指令 + 可执行文件x，看到了有哪些系统调用函数被调用。execve 执行哪个二进制文件，arch_prctl、sched_getaffinity 设计 CPU 亲和度，oepnat 加载相关文件，mmap 系统映射，gettid 获取线程 ID。

案例2，通过 strace 还可以查看一些软件的做了哪些系统调用，比如查看 nginx 的：

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我们知道 nginx 在平时不服务的时候都是阻塞的状态，即阻塞在某个系统调用上。使用 strace 指令 + -f 参数 + nginx 可以观察它启动的过程。如果这个软件需要创建多个进程，就需要这里的 -f 的 flag 参数，跟踪所有刚启动线程创建的其他进程。最后我们可以发现 nginx 阻塞在 pid 为 224 的 epoll_wait 上。

注意：在 docker 中用这个命令可能会遇到一些问题，可以参考这个链接《Why strace doesn’t work in Docker》https://jvns.ca/blog/2020/04/29/why-strace-doesnt-work-in-docker/

案例3，通过 strace 观察一个 Go 语言 Hello world 程序生命周期中系统调用情况。

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使用 -c 的 flag 参数，可以看到有哪些系统调用。

在往期文章中讲解“Go 内置数据结构-Timer”时，我们在对 Go 1.13 和 Go1.14 进行对比时用到的就是 strace。

如果官方说对 Go 的 runtime 中做了许多优化，比如 time.Sleep 中用到的 syscall 相比以前少了很多，那么我们同样可以用这个工具去查看。通过运行一定次数 time.Sleep 看前后的结果是否真的有什么区别。

需要注意，strace 的实现其实也依赖了 ptrace 这个 syscall，所以本质上我们要去追踪一个 syscall 还需要依赖一个 syscall（有点套娃）。另外，调试器（如 delve）也是大量使用了 ptrace。因此 ptrace 不仅可以做跟踪工具，还能做调试工具。

Go 语言中的系统调用

了解了这么多基础概念，还是要回到我们的 Go 语言，看看它有哪些内部系统调用。

首先我们要区分一下，在系统调用中有一个简单分类：有一些是阻塞的，有一些是非阻塞的。

未命名文件

假如我们对一个网络 fd 去做 read 操作，而连接中没有数据，就会阻塞在这里。其实 read 还是有费阻塞模式的，所以也不太好区分。read 操作的底层通过调用 io_control 之类的系统调用，变成了非阻塞的的调用方式。

在我们用户状态去做阻塞应用的话，其实底层都会转化为非阻塞调用。

还有一部分系统调用没办法做成非阻塞调用。这种情况一定会阻塞。在往期文章讲“调度”的时候，对于 runtime 的 Go 来说没办法去做拦截的一类阻塞。

这两种类型的系统调用最终在底层也会被翻译成不同的函数调用，在底层的函数调用中还是有一些细节区分的，像后面有数字 6 的就是一种派生函数。

问题来了，为啥还要有个 6 后缀？这里其实也是遵循了 Linux 编程中的常见规范。

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很多 Linux 函数都是带有数字的，6 其实说的是 6 个参数。很多系统接口也有类似的命名发，如 wait4，accept4。

这里列举一下和 Syscall 相关代码所在的具体位置：

  1. OS 相关的基础⽂件，在 syscall package 中：https://golang.org/src/syscall/syscall_linux.go
  2. 使⽤脚本⽣成的⽂件，在 syscall package 中：https://golang.org/src/syscall/zsyscall_linux_386.go
  3. 不对⽤户暴露的特殊 syscall，不受调度影响，在 runtime 中：https://golang.org/src/runtime/sys_linux_amd64.s

我们知道了系统调用分为阻塞和非阻塞的。还需要注意的是：阻塞的系统调⽤，有特殊的逻辑去把 P 和 M 解绑定，即修改 P 的状态：running -> syscall。这样在 sysmon 中才能发现这个 P 已经在 syscall 状态阻塞了。不过解绑定也是有前提的，如图红色两行代码：

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系统调用发展历史

最后，系统调用的发展历史，可以用一张图简单说明。

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参考资料

[1] Linux strace命令, 博客园

https://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2012/01/08/2316692.html

[2] [译]strace的10个命令, 鸟窝

https://colobu.com/2021/04/30/strace-commands-for-troubleshooting-and-debugging-linux/