linux 程序分析方法

1. 背景

现实中，我们需要学习已有的软件构造方法，或维护旧的软件，或添加新功能，亦或优化性能，

这时面对的代码都不是自己所写，那如何才能快速知道这个代码库干了什么，源文件如何组织，模块间如何交互？

2. 程序的运转

a）应用程序：一般是一个语法树结构，树的叶子结点或是简单的操作（+、-、=等），或是系统调用（read、write、sleep），

树根一般是main；如果有多线程／进程，那就会产生多颗树；在出现递归调用时，也会出现环路。

b）内核：内核是应用与硬件间的中间层，交互方法就是软中断和硬中断；

应用使用int指令触发系统调用，设备使用irq中断触发事件通知，内核使用in／out指令读写设备；

所以，内核一般有两部分组成：初始化流程（注册各种中断处理器），中断处理流程（各种中断响应例程）；

最后，对于中断是自动切换上下文（寄存器状态），对于多任务执行则需要调度（哪些线程挂起，哪些线程运行）。

c）不论应用还是内核，一个执行流都是一颗树，树中的结点对应某个函数，这些函数都是可以读写全局变量和自己的局部变量。

3. 分析方法

所有程序都有启动流程，对于内核还有中断响应流程，数据是按需创建的，关键在于流程的把握。

流程包含了结点（函数）和结点间的关系（调用和被调），是一个有向图；

流入该结点的边说明了其用途，流出该结点的边说明了其实现方法。

这里介绍一种自动从源码生成流程图的工具：callgraph

该工具自动识别函数调用关系，并输出有向图，然后可以使用graphviz的dot命令生成可视化图表

保存格式可为pdf、png、svg等。

4. 示例分析

下面以linux-0.11的代码分析为例：

$ git clone https://github.com/gnprice/callgraph.git

下载后需要修改print_dot,以免无法显示：

~/projects/callgraph
[master]$ git diff
diff --git a/callgraph b/callgraph
index e771dce..a79fcd8 100755
--- a/callgraph
+++ b/callgraph
@@ -67,12 +67,12 @@ def print_dot(refs, nonstatic):
     size = (scale[0] * 11 - 1, scale[1] * 8.5 - 1) # inches; letter, 1" margins
     print ‘strict digraph calls {‘
     print ‘  rankdir=LR;‘
-    print ‘  size="%f,%f";‘ % size
-    print ‘  ratio=fill;‘
-    print ‘  rotate=90;‘
+#    print ‘  size="%f,%f";‘ % size
+#    print ‘  ratio=fill;‘
+#    print ‘  rotate=90;‘
     print ‘  center=1;‘
-    print ‘  margin=0;‘
-    print ‘  page="8.5,11";‘
+#    print ‘  margin=0;‘
+#    print ‘  page="8.5,11";‘
     funs = set(refs.keys())
     for f, calls in sorted(refs.iteritems()):
         shape = ‘box‘ if f in nonstatic else ‘plaintext‘

$ curl -O https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/Historic/old-versions/linux-0.11.tar.gz

$ tar -xf linux-0.11.tar.gz

$ cd linux-0.11/init

~/projects/linux-0.11/init

$ cat main.c | ~/projects/callgraph/callgraph | dot -Tpng > main.png

单文件init/main.c调用图如下：

整个kernel 子目录的调用图：

$ find kernel -type f -name "*.c" -o -name "*.h" | xargs cat | ~/projects/callgraph/callgraph | dot -Tpng > kernel.png