一篇掌握GDB调试程序的核心技术-ptrace系统调用与使用示例( 三 ) _调试程序

我们再来看看，进程是怎么处理的 SIGTRAP 信号的。信号是通过 do_signal() 函数进行处理的，而对 SIGTRAP 信号的处理逻辑如下：

int do_signal(struct pt_regs *regs, sigset_t *oldset) {for (;;) {unsigned long signr;spin_lock_irq(¤t->sigmask_lock);signr = dequeue_signal(¤t->blocked, &info);spin_unlock_irq(¤t->sigmask_lock);// 如果进程被标记为 PTRACE 状态if ((current->ptrace & PT_PTRACED) && signr != SIGKILL) {/* 让调试器运行*/current->exit_code = signr;current->state = TASK_STOPPED;// 让自己进入停止运行状态notify_parent(current, SIGCHLD); // 发送 SIGCHLD 信号给父进程schedule();// 让出CPU的执行权限...}}}

上面的代码主要做了3件事：

如果当前进程被标记为 PTRACE 状态，那么就使自己进入停止运行的状态。
发送 SIGCHLD 信号给父进程。
让出 CPU 的执行权限，使 CPU 执行其他进程。

执行以上过程后，追踪进程便进入了调试模式，过程如下图：

文章插图

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当父进程（调试进程）接收到 SIGCHLD 信号后，表示被调试进程已经标记为被追踪状态并且停止运行，那么调试进程就可以开始进行调试了。
获取被调试进程的内存数据（PTRACE_PEEKTEXT / PTRACE_PEEKDATA）
调试进程（如GDB）可以通过调用 ptrace(PTRACE_PEEKDATA, pid, addr, data) 立即获取被调试进程 addr 处虚拟内存地址的数据，但每次只能读取一个大小为 4字节的数据。
我们来看看 ptrace() 对 PTRACE_PEEKDATA 操作的处理过程，代码如下：

asmlinkage int sys_ptrace(long request, long pid, long addr, long data){...switch (request) {case PTRACE_PEEKTEXT:case PTRACE_PEEKDATA: {unsigned long tmp;int copied;copied = access_process_vm(child, addr, &tmp, sizeof(tmp), 0);ret = -EIO;if (copied != sizeof(tmp))break;ret = put_user(tmp, (unsigned long *)data);break;}...}

从上面代码可以看出，对 PTRACE_PEEKTEXT 和 PTRACE_PEEKDATA 的处理是相同的，主要是通过调用 access_process_vm() 函数来读取被调试进程 addr 处的虚拟内存地址的数据。
access_process_vm() 函数的实现主要涉及到内存管理相关的知识，可以参考我以前对内存管理分析的文章，这里主要大概说明一下 access_process_vm() 的原理。
我们知道每个进程都有个 mm_struct 的内存管理对象，而 mm_struct 对象有个表示虚拟内存与物理内存映射关系的页目录的指针 pgd 。如下：

struct mm_struct {...pgd_t *pgd; /* 页目录指针 */...}

而 access_process_vm() 函数就是通过进程的页目录来找到 addr 虚拟内存地址映射的物理内存地址，然后把此物理内存地址处的数据复制到 data 变量中。如下图所示：

文章插图

access_process_vm() 函数的实现这里就不分析了，有兴趣的读者可以参考我之前对内存管理分析的文章自行进行分析。

单步调试模式（PTRACE_SINGLESTEP）

单步调试是一个比较有趣的功能，当把被调试进程设置为单步调试模式后，被调试进程没执行一条CPU指令都会停止执行，并且向父进程（调试进程）发送一个 SIGCHLD 信号。
我们来看看 ptrace() 函数对 PTRACE_SINGLESTEP 操作的处理过程，代码如下：

asmlinkage int sys_ptrace(long request, long pid, long addr, long data){...switch (request) {case PTRACE_SINGLESTEP: {/* set the trap flag. */long tmp;...tmp = get_stack_long(child, EFL_OFFSET) | TRAP_FLAG;put_stack_long(child, EFL_OFFSET, tmp);child->exit_code = data;/* give it a chance to run. */wake_up_process(child);ret = 0;break;}...}