问题描述

当一个进程启动失败且未留下有效 PID 时，无法直接使用 strace -p <pid> 附加追踪系统调用。此类失败通常发生在 execve() 系统调用之前或期间，进程尚未完全替换为目标程序。此时需从启动链路的早期阶段入手排查。

进程启动链路概述

一个典型进程的启动流程如下：

启动器（shell / systemd / supervisor 等）
  ↓ fork()
  ↓ execve()
  ↓ 动态链接器（ld.so）加载依赖库
  ↓ 程序初始化（全局构造函数等）
  ↓ main()

各阶段作用简述：

• fork()：创建新进程，复制父进程上下文。解决“是否有新进程”的问题。
• execve()：替换进程镜像为目标程序。PID 不变，但代码、内存等全部更换。
• ld.so：动态链接器，负责加载共享库并进行符号重定位。
• 程序初始化：执行全局变量初始化、C++ 静态构造函数等。
• main()：用户代码入口。

常见失败阶段及排查方法

1. fork() 失败（较少见）

表现：

• systemd 日志：Failed to fork: Resource temporarily unavailable

常见原因：

• 进程数达到上限（ulimit -u 或系统限制）
• 内存不足

排查：

• 检查 dmesg 或 systemd 日志（journalctl -u yourservice）
• 查看系统资源：ulimit -u、free -h、cat /proc/sys/kernel/pid_max

2. execve() 失败（最常见）

表现：

• 进程快速退出，无 PID 残留
• systemd 状态：code=exited, status=203/EXEC 或类似 execve 相关错误

常见原因及错误信息：

错误信息	可能原因
No such file or directory	可执行文件不存在 或 动态链接器（interpreter）路径错误
Permission denied	无执行权限（chmod +x）
Exec format error	ELF 头错误、架构不匹配（32/64位）
No such file or directory	共享库缺失（常误报为文件不存在）

排查方法：

• 直接使用 strace 启动命令（推荐首选）：

  strace -f -o /tmp/startup.log your_command

  或针对 systemd 服务：

  systemctl stop yourservice
  strace -f -o /tmp/startup.log /path/to/your/binary [args]

  -f 选项会跟随 fork 的子进程，捕获 execve 前后的系统调用。

• 检查文件存在及权限：ls -l /path/to/binary、file /path/to/binary

• 使用 ldd 检查依赖：

  ldd /path/to/binary

  若报 “not a dynamic executable” 或缺失库，即为动态链接器问题。

• 检查 ELF interpreter：

  readelf -l /path/to/binary | grep interpreter

  确保列出的 /lib/ld-linux-x86-64.so.2 等文件存在。

3. ld.so（动态链接器）阶段失败

表现：

• 进程启动后立即退出
• systemd：status=127
• shell 下：error while loading shared libraries

排查：

• 同上，使用 strace -f 捕获加载库的 open() 调用失败
• ldd /path/to/binary 查看缺失库

4. 程序初始化阶段卡住或失败

表现：

• 进程存在（有 PID），但 CPU 占用 0%，无日志输出
• systemd 显示 activating 状态长时间不变

排查：

• 若有 PID，可直接 strace -p <pid>
• 检查程序日志、core dump
• 常见原因：全局构造函数死锁、runtime 初始化问题

5. systemd 服务特殊机制

systemd 通过 fork() 获取子进程 PID，并将其置入 cgroup 进行监控。这也是 systemctl status 显示 Main PID 的原理。

若服务启动失败：

• 查看详细日志：journalctl -u yourservice -xe
• 临时修改 unit 文件添加调试：ExecStart=/bin/strace -f -o /tmp/service.log /original/binary

实用命令示例

• 追踪启动过程：

  strace -ff -o /tmp/trace.log your_command

  （-ff 将子进程输出分离到不同文件，便于分析）

• shell 脚本启动追踪：

  strace -f -o /tmp/xx.log ./your_script.sh

• bash 作为父进程示例： bash 本身是一个普通进程（有 PID/PPID），可 fork/exec 子进程：

  ps aux | grep bash

总结

进程启动失败且无 PID 时，核心思路是在启动命令前置 strace，使用 -f 选项捕获 fork/execve 全过程。这能精准定位失败的系统调用（如 open、execve 返回 -ENOENT）。结合 ldd、readelf 和 systemd 日志，通常可快速解决问题。