各类分析函数调用关系图的工具《转》
先列出我当前用的这几个工具的版本和它们的下载地址：
- calltree 2.3
下载地点 http://linux.softpedia.com/progDownload/calltree-Download-971.html
-
graphviz (在ubuntu/debian下直接用apt-get安装即可，需要它的一个dot工具）
http://www.graphviz.org/
1. introduction
对于一个C语言编写的项目，它的框架可以反应为一棵函数调用树。如果在分析项目之前，能够得到这样一颗调用树，那么就可以了解项目的整体框架；如果在项目运行之后，能够跟踪到该次运行过程中的函数调用，那么将有利于分析某些测试条件下项目的执行流程；而如果在项目运行过程中（比如调试项目时）能够跟踪出某个位置之前的函数调用，那么将有利于确定潜在bug可能存在的位置。
对于这三种情况，虽然没有任何一个工具能够完全满足，不过"聪明"和"乐于奉献"的程序员们还是分别贡献了不同的工具：
-
无须运行项目本身，calltree就能够根据整个项目的源代码产生一棵函数调用树，并可把该调用树导出为dot格式的图形。因此可以说calltree能够在不运行项目的条件下对项目进行函数级别的分析。
-
gprof则能够在项目运行之后，把该次运行过程中的函数调用以文本的形式反应出来，不过善于思考的人们总是喜欢更美好的生活，于是kprof产生了，它不仅可以辅助gprof更好的分析程序代码级别的运行情况，而且能够导出当前执行过程中的函数调用树，并同样可以把调用树导出为dot格式的图形。
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gdb(Gnu DeBugger)，这个应该很熟悉吧，它是一个调试工具。它提供专门的backtrace命令来跟踪程序执行到某个位置（比如指定的断点处）之前的函数调用。不过这个目前还是文本输出的，感兴趣的可以hack一下gdb，给它加上漂亮的输出。
上面提到了DOT格式的图形。这个DOT[2]是什么呢？是graphviz[3]定义的一种图形描述语言，它可以通过graphviz提供的dot工具（安装graphviz之后就有了）把用DOT描述的图形转化为各种其他格式的图形。虽然有一些专门的DOT图形浏览工具，如dotty，不过这个东西不怎么好用，所以还是建议通过dot工具转换为比较常见的图片格式，如svg,jpg,gif,png，ps，它还可以转换成dia格式,进而可以通过“超级牛力”的dia绘图工具来进行进一步的编辑。
2. demo
下面来介绍这几个工具的具体用法，更多细节请参考它们自己的文档。
为了方便演示，这里写一个非常“糟糕的”但是却对这次演示很有用的代码。
Code:- /**
- * test.c -- * a demo program for using calltree, gprof&kprof, gdb&backtrace command
- * */
- void a(void), b(void), c(void), d(void), e(void);
- void a(void) { b (); }
- void b(void) { c (); }
- void c(void) { d (); e (); }
- void d(void) { ; }
- void e(void) { ; }
- int main (int argc, char **argv)
- {
- if (argc < 2) {
- a ();
- } else {
- b ();
- }
- }
[Ctrl+A Select All]
对这个代码而言，非常容易看出其调用关系，即：
-
当main的参数个数少于2个时，调用关系为 a -> b -> c -> d,e
-
当main的参数个数大于3个时，则调用关系为b -> c -> d,e
不过，如果一个项目包含几十个文件或者几千行甚至上万行代码，这个调用关系恐怕就没这么容易看出来了，所以还得借助后面的工具。
2.1 不用运行程序就可以打印整个项目的函数调用关系图: calltree
下载calltree后自己先编译安装好，放到/usr/bin下面。然后通过"calltree -help"查看该工具的帮助，这里通过使用-mb参数打印以main为树根的函数调用关系图。下面是我写的一个脚本（可以分开每一条命令来执行）test.sh：
#!/bin/sh
/usr/bin/calltree -gb -np -m *.c -dot > test.dot
/usr/bin/dot -Tjpg test.dot -o calltree.jpg
运行脚本：
#sh +x test.sh
Quote: $ calltree -mb test.c
main:
| a
| | b
| | | c
| | | | d
| | | | e
| b
| | c
| | | d
| | | e
从这个结果可以非常方便的看出函数调用关系，不过还是不够美观哦，所以加上-dot参数，产生一个dot图形吧。Quote: $ calltree -mb test.c -dot > test.dot
okay,现在得到了一个关系调用图，即test.dot，因为这个格式不太常用，我们给它转换成jpg，见附图calltree.jpg。
Quote: $ dot -Tjpg test.dot -o calltree.jpg
不过貌似函数d和e没有打印出来，所以这个应该说是值得改进一下。还好我之前专门写了一个脚本，可以产生完整的输出，这个脚本见附件 tree2dot.sh.tar.gz，具体原理见资料[5]，附图calltree1.jpg是这个脚本产生的。这里简单介绍它的用法：
Quote: 先通过脚本tree2dot.sh得到一个DOT图形
$ calltree -mb test.c | ./tree2dot.sh > test.dot
然后用dot转换为jpg格式
$ dot -Tjpg test.dot -o calltree1.jpg
2.2 打印项目当次运行过程中的函数调用关系图: gprof & kprof
首先通过gcc加上-pg参数编译程序（如果编译和链接分开，都需要加上该参数）。这个参数就是为了产生一些用于gprof&kprof的信息。gprof只有字符界面，而kprof提供了图形界面，下面仅介绍kprof，因为它和gprof相比，可以产生图形化的函数调用关系。
Quote: $ gcc -pg -o test test.c
编译完以后，运行一下就可以产生一个名为gmon.out的文件，它记录了该项目当次运行过程中的相关信息，包括函数调用关系。
Quote: $ ./test
$ls gmon.out
gmon.out
这样我们就可以用kprof来得到这个项目在这次运行过程中的函数调用关系图了( 实际上指定./test是为了告诉kprof，gmon.out和test在同一个目录下，kprof会去找gmon.out)。
Quote: $ kprof -f ./test
启动kprof以后找到Graph View标签，可以看到一个函数调用关系图。如果要把这个图导出来，找到Tools菜单，点击Generate Call Graph就可以导出一个DOT图形，我们命名为kprof_noargument.dot，然后我们就可以类似2.1用dot工具把它转换为其他格式，得到的效果图如kprof_noargument.jpg。
Quote: $ dot -Tjpg kprof_noargument.dot -o kprof_noargument.jpg
在上面，我们直接键入了./test执行它，如果给它传递上两个参数呢，这个时候argc等于二，在main中就不会再调用a函数，而是调用c函数，这样的话，函数调用关系图就不一样了，这次得到的结果图如kprof_twoargument.jpg。
Quote: 带上两个参数运行test
$ ./test 1 2
通过kprof来查看调用关系图，并导出一个名为kprof_twoargument.dot的图形
$ kprof -f ./test
把DOT图形转换为jpg格式
$ dot -Tjpg kprof_twoargument.dot -o kprof_twoargument.jpg
这里没有提到gprof，因为它只产生一些不太好看的文本调用关系图，所以没有演示，不过它还是有很大作用的，具体参考一下资料[4]吧。
结合2.1和2.2，我们可以发现calltree和kprof两者都能够得到项目的函数调用关系图，不过前者能够得到整个项目的函数调用关系，而后者则能够得到某次运行过程中的函数调用关系，各有不同作用。通过前者我们可以了解整个项目的框架；而通过后者，我们可以找出一个项目在某些测试条件下的执行路径，从而更好地辅助源代码的分析。
有时候，这两种结果还是无法满足我们的要求，比如在调试过程中，我们设置了一个断点，并想了解一下这之前执行过哪些函数，进而找出潜在的bug可能出现的位置。
2.3 项目调试过程中打印某个位置（如断点）之前的函数调用关系图：gdb & backtrace command
为了能够用gdb调试程序，编译时请使用-g选项。
Quote: $ gcc -g -o test test.c
通过gdb的backtrace命令打印程序执行到某个位置之前的函数调用信息。
Quote: $ gdb ./test
...
(gdb) set args 1 2 //这里设置为两个参数，所以选择了路径b->c->d,e
(gdb) l
6
7 void a(void) { b (); }
8 void b(void) { c (); }
9 void c(void) { d (); e (); }
10 void d(void) { ; }
11 void e(void) { ; }
12
13 int main (int argc, char **argv)
14 {
15 if (argc < 2) {
(gdb) break c
Breakpoint 1 at 0x804833c: file test.c, line 9.
(gdb) r
Starting program: /home/falcon/Programming/test 1 2
Breakpoint 1, c () at test.c:9
9 void c(void) { d (); e (); }
(gdb) backtrace
#0 c () at test.c:9
#1 0x08048334 in b () at test.c:8
#2 0x08048380 in main (argc=3, argv=0xbf924e24) at test.c:18
在上面的调试过程中，我们首先通过set命令设置了两个参数，选择了main函数的第二个分支，并在c函数的入口设置了一个断点，然后运行程序直到该断点处，之后通过backtrace命令打印出之前的函数调用信息。通过最后几行，我们看到c最后被调用，之前是b，再之前是main。
到这里，开头提到的三种情况都介绍完了。不过呢，除了上面这些跟函数关系紧密的工具外，还有一个叫cscope[6]的工具，结合它和vim编辑器，在我们阅读源代码的过程中，可以利用它提供的":cs find d function"命令打印出函数function调用的所有函数，从而帮助我们了解某个函数内部的函数调用关系。当然该工具还有更丰富的用法，具体参考资料[6]。
除了这些分析应用程序的工具外，还有一个叫KFT[7]的工具可以用来分析linux内核。作为linux内核的一个补丁，它能够跟踪内核中某个系统调用的函数调用关系图，通过KFT提供的一个kd工具，可以得到一个文本格式的函数调用关系图，结合我上面用到的tree2dot.sh（建议用资料[5]中的tree2dot.sh），可以得到一个图形输出。
更多相关资料见后面。有任何建议和疑问，欢迎回帖交流，也可以直接给我发邮件。
PS: QQ不大好使，建议不要加我QQ号。
参考资料
[1] 使用Gnu gprof进行Linux平台下的程序分析
[2] The DOT Language
http://www.graphviz.org/doc/info/lang.html
[3] Graphviz - Graph Visualization Software
http://www.graphviz.org/
[4] Coverage Measurement and Profiling
http://www.linuxjournal.com/article/6758
[5] 用Graphviz进行可视化操作──绘制函数调用关系图
[6] cscope
http://cscope.sourceforge.net/
[7] KFT(Kernel Function Tracing)
http://elinux.org/Kernel_Function_Trace
ftp://dslab.lzu.edu.cn/pub/kft