Linux系统调用--ptrace函数详解

【ptrace系统调用】

功能描述：
提供父进程观察和控制另一个进程执行的机制，同时提供查询和修改另一进程的核心影像与寄存器的能力。主要用于执行断点调试和系统调用跟踪。父进程可通过调用fork，接着指定所产生的子进程的PTRACE_TRACEME行为，最后使用exec等操作来初始化一个进程跟踪。可替代的做法是，父进程通过PTRACE_ATTACH请求跟踪一个现存进程的执行。

当子进程被跟踪时，每次接收到信号都会停止执行，即使不对信号进行处理(SIGKILL信号除外)。父进程下次执行wait调用时，会接收到核心的通告，并可能检查和修改已停止的子进程。父进程使子进程继续执行，并有可能忽略接收到的信号。

用法：
#include <sys/ptrace.h>

long ptrace(enum __ptrace_request request, pid_t pid, void *addr, void *data);

参数：
request：请求执行的行为，可能选择有

PTRACE_TRACEME //指示父进程跟踪某个子进程的执行。任何传给子进程的信号将导致其停止执行，同时父进程调用wait()时会得到通告。之后，子进程调用exec()时，核心会给它传送SIGTRAP信号，在新程序开始执行前，给予父进程控制的机会。pid, addr, 和 data参数被忽略。

以上是唯一由子进程使用的请求，剩下部分将由父进程使用的请求。

PTRACE_PEEKTEXT, PTRACE_PEEKDATA //从子进程内存空间addr指向的位置读取一个字，并作为调用的结果返回。Linux内部对文本段和数据段不加区分，所以目前这两个请求相等。data参数被忽略。
PTRACE_PEEKUSR //从子进程的用户区addr指向的位置读取一个字，并作为调用的结果返回。
PTRACE_POKETEXT, PTRACE_POKEDATA //将data指向的字拷贝到子进程内存空间由addr指向的位置。
PTRACE_POKEUSR //将data指向的字拷贝到子进程用户区由addr指向的位置。
PTRACE_GETREGS, PTRACE_GETFPREGS //将子进程通用和浮点寄存器的值拷贝到父进程内由data指向的位置。addr参数被忽略。
PTRACE_GETSIGINFO //获取导致子进程停止执行的信号信息，并将其存放在父进程内由data指向的位置。addr参数被忽略。
PTRACE_SETREGS, PTRACE_SETFPREGS //从父进程内将data指向的数据拷贝到子进程的通用和浮点寄存器。addr参数被忽略。
PTRACE_SETSIGINFO //将父进程内由data指向的数据作为siginfo_t结构体拷贝到子进程。addr参数被忽略。
PTRACE_SETOPTIONS //将父进程内由data指向的值设定为ptrace选项，data作为位掩码来解释，由下面的标志指定
PTRACE_O_TRACESYSGOOD //当转发syscall陷阱(traps)时，在信号编码中设置位7，即第一个字节的最高位。例如：SIGTRAP | 0x80。这有利于追踪者识别一般的陷阱和那些由syscall引起的陷阱。
PTRACE_O_TRACEFORK //通过 (SIGTRAP | PTRACE_EVENT_FORK << 8) 使子进程下次调用fork()时停止其执行，并自动跟踪开始执行时就已设置SIGSTOP信号的新进程。新进程的PID可以通过PTRACE_GETEVENTMSG获取。
PTRACE_O_TRACEVFORK //通过 (SIGTRAP | PTRACE_EVENT_VFORK << 8) 使子进程下次调用vfork()时停止其执行，并自动跟踪开始执行时就已设置SIGSTOP信号的新进程。新进程的PID可以通过PTRACE_GETEVENTMSG获取。
PTRACE_O_TRACECLONE //通过 (SIGTRAP | PTRACE_EVENT_CLONE << 8) 使子进程下次调用clone()时停止其执行，并自动跟踪开始执行时就已设置SIGSTOP信号的新进程。新进程的PID可以通过PTRACE_GETEVENTMSG获取。
PTRACE_O_TRACEEXEC //通过 (IGTRAP | PTRACE_EVENT_EXEC << 8) 使子进程下次调用exec()时停止其执行。
PTRACE_O_TRACEVFORKDONE //通过 (SIGTRAP | PTRACE_EVENT_VFORK_DONE << 8) 使子进程下次调用exec()并完成时停止其执行。
PTRACE_O_TRACEEXIT //通过 (SIGTRAP | PTRACE_EVENT_EXIT << 8) 使子进程退出时停止其执行。子进程的退出状态可通过PTRACE_GETEVENTMSG。
PTRACE_GETEVENTMSG //获取刚发生的ptrace事件消息，并存放在父进程内由data指向的位置。addr参数被忽略。
PTRACE_CONT //重启动已停止的进程。如果data指向的数据并非0，同时也不是SIGSTOP信号，将会作为传递给子进程的信号来解释。那样，父进程可以控制是否将一个信号发送给子进程。 addr参数被忽略。
PTRACE_SYSCALL, PTRACE_SINGLESTEP //如同PTRACE_CONT一样重启子进程的执行，但指定子进程在下个入口或从系统调用退出时，或者执行单个指令后停止执行，这可用于实现单步调试。addr参数被忽略。
PTRACE_SYSEMU, PTRACE_SYSEMU_SINGLESTEP //用于用户模式的程序仿真子进程的所有系统调用。
PTRACE_KILL //给子进程发送SIGKILL信号，从而终止其执行。data，addr参数被忽略。
PTRACE_ATTACH //衔接到pid指定的进程，从而使其成为当前进程的追踪目标。
PTRACE_DETACH //PTRACE_ATTACH的反向操作。

pid：目标进程标识。
addr：执行peek和poke操作的目标地址。
data：对于poke操作，存放数据的地方。对于peek操作，获取数据的地方。

返回说明：
成功执行时，PTRACE_PEEK*请求返回所请求的数据，其它返回0。失败返回-1，errno被设为以下的某个值。由于一个成功的PTRACE_PEEK*请求可能返回-1，决定错误是否发生前，调用者应检查errno。
EBUSY：分配和释放调试寄存器时出错
EFAULT：读写不可访问的内存空间
EINVAL：尝试设置无效选项
EIO：请求无效，或者尝试读写父子进程不可访问的空间
EPERM：没有权限追踪指定的进程
ESRCH：指定的子进程不存在，或者当前正由调用者追踪