用 Graphviz 可视化函数调用（3）

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使用 GraphvizGraphviz 或 Graph Visualization 是由 AT&T 开发的一个开源的图形可视化工具。它提供了多种画图能力，但是我们重点关注的是它使用 Dot 语言直连图的能力。在本文中，我们将简单介绍如何使用 Dot 来创建一个图形，并展示如何将分析数据转换成 Graphviz 可以使用的规范。（请参阅  一节，以获得有关下载这个开源软件的信息。）
Dot 使用的图形规范使用 Dot 语言，您可以指定三种对象：图、节点和边。为了让您理解这些对象的含义，我们将构建一个例子来展示这些元素的用法。
清单 5 给出了一个简单的定向图（directed graph），其中包含 3 个节点。第一行声明这个图为 G，并且声明了该图的类型（digraph）。接下来的三行代码用于创建该图的节点，这些节点分别名为 node1、node2 和 node3。节点是在它们的名字出现在图规范中时创建的。边是在在两个节点使用边操作（->）连接在一起时创建的，如第 6 行到第 8 行所示。我还对边使用了一个可选的属性 label，用它来表示边在图中的名称。最后，在第 9 行完成对该图规范的定义。
清单 5. 使用 Dot 符号表示的示例图（test.dot）

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1:  digraph G { 2:    node1; 3:    node2; 4:    node3; 5: 6:    node1 -> node2 [label="edge_1_2"]; 7:    node1 -> node3 [label="edge_1_3"]; 8:    node2 -> node3 [label="edge_2_3"]; 9:  }

要将这个 .dot 文件转换成一个图形映像，则需要使用 Dot 工具，这个工具是在 Graphviz 包中提供的。清单 6 介绍了这种转换。
清单 6. 使用 Dot 来创建 JPG 映像

1 2	$ dot -Tjpg test.dot -o test.jpg $

在这段代码中，我告诉 Dot 使用 test.dot 图形规范，并生成一个 JPG 图像，将其保存在文件 test.jpg 中。所生成的图像如图 3 所示。在此处，我使用了 JPG 格式，但是 Dot 工具也可以支持其他格式，其中包括 GIF、PNG 和 postscript。
图 3. Dot 创建的示例图Dot 语言还可以支持其他一些选项，包括外形、颜色和很多属性。但是就我们想要实现的功能而言，这个选项就足够了。
综合现在我们已经看到了整个过程的各个阶段了，下面可以采用一个例子来展示如何将这些阶段合并在一起了。现在，您应该已经展开并安装了 Pvtrace 工具，然后还需要将 instrument.c 文件复制到工作源代码目录中。
在这个例子中，我使用了一个源文件 test.c 进行检测。清单 7 给出了整个过程。在第 3 行中，我使用检测源（instrument.c）来构建（编译并连接）应用程序。然后在第 4 行执行 test，再使用 ls 命令验证已经生成了 trace.txt 文件。在第 8 行，我调用了 Pvtrace 工具，并提供这个映像文件作为它惟一的参数。映像名是必需的，这样 Addr2line（在 Pvtrace 中调用）就可以访问这个映像中的调试信息。在第 9 行中，我又执行了一次 ls 命令，以确保 Pvtrace 生成了 graph.dot 文件。最后，在第 12 行，使用 Dot 将这个图形规范转换成一个 JPG 图形映像。
清单 7. 创建调用跟踪图的整个过程

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1:  $ ls 2:  instrument.c    test.c 3:  $ $ gcc -g -finstrument-functions test.c instrument.c -o test 4:  $ ./test 5:  $ ls 6:  instrument.c     test.c 7:  test             trace.txt 8:  $ pvtrace test 9:  $ ls 10:  graph.dot        test           trace.txt 11:  instrument.c     test.c 12:  $ dot -Tjpg graph.dot -o graph.jpg 13:  $ ls 14:  graph.dot        instrument.c   test.c 15:  graph.jpg        test           trace.txt 16:  $

这个过程的示例输出如图 4 所示。这个示例图是从使用 Q 学习的一个简单增强式学习应用程序中得到的。
图 4. 示例应用程序的跟踪结果您也可以使用这种方法对更大的应用程序进行分析。我要展示的最后一个例子是 Gzip 工具。我简单地将 instrument.c 加入 Gzip 的 Makefile 中，作为其依赖的一个源文件，然后编译 Gzip，并使用它生成一个跟踪文件。这个图形太大了，不太容易进行更详细的分析，但是下图表示了 Gzip 对一个小文件进行压缩时的处理过程。
图 5. Gzip 跟踪结果结束语使用开源软件和少量的中间代码，只需要花很少的时间就可以开发出非常有用的项目。通过使用对应用程序进行分析的几个 GNU 编译器扩展，可以使用 Addr2line 工具进行地址转换，并对 Graphviz 应用程序进行图形可视化，然后您就可以得到一个程序，该程序可以对应用程序进行分析，并展示一个说明调用链的定向图。通过图形来查看一个应用程序的调用链对于理解应用程序的内部行为来说非常重要。在正确了解调用链及其各自的频率之后，这些知识可能对调试和优化应用程序非常有用。