ptrace 跟踪多线程程序

1.ptrace 原型说明

 #include <sys/ptrace.h>
long ptrace(enum __ptrace_request request, pid_t pid, void *addr, void *data);
 

 PTRACE_SETOPTIONS 是将父进程内由data指向的值设定为ptrace 选项，data作为掩码来解释，由下面的标志来指定：

    (1) PTRACE_O_EXITKILL:当跟踪进程退出时，向所有被跟踪进程发送SIGKILL信号将其退出，这个参数可以防止被跟踪进程脱离跟踪进程的控制。

    (2) PTRACE_O_TRACECLONE:被跟踪进程在下一次调用clone()时将其停止，并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始收到SIGSTOP信号。其新产生的进程的pid可以  

          通过PTRACE_GETEVENTMSG得到。

    (3) PTRACE_O_TRACEEXEC:被跟踪进程在下一次调用exec()函数时使其停止。

    (4) PTRACE_O_TRACEEXIT:被跟踪进程在退出是停止其执行，被跟踪进程的退出状态可通过PTRACE_GETEVENTMSG获得。

    (5) PTRACE_O_TRACEFORK:被跟踪进程在下次调用fork()时停止执行，并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始收到SIGSTOP信号。其新产生的进程的pid可以  

          通过PTRACE_GETEVENTMSG得到。

    (6) PTRACE_O_TRACEVFORK:被跟踪进程在下次调用vfork()时停止执行，并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始收到SIGSTOP信号。其新产生的进程的pid可以  

          通过PTRACE_GETEVENTMSG得到。

  PTRACE_GETEVENTMSG:获取刚刚发生的ptrace事件消息，并存放在跟踪进程由data指向的位置，addr参数被忽略。对于

  PTRACE_EVENT_FORK,PTRACE_EVENT_VFORK,PTRACE_EVENT_VFORKDOWN和PTRACE_EVENT_CLONE,data是新进程的pid.

2. 使用ptrace进行跟踪多线程程序时将要使用上述所涉及的知识进行编码，其被跟踪程序如下：

/*
 * ex1.c
 *
 * this program is child process traced by ptrace_example
 *
 *  Created on: Sep 23, 2013
 *      Author: administrator
 */

#include <stdio.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>

void *thread_function(void *arg);
char message[] = "hello";
int main()
{
    int res;
    pthread_t a_thread;
    void *thread_result;
    res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, (void*) message);
    if (res != 0)
    {
        printf("Thread creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Wait for thread to finish...n");
    res = pthread_join(a_thread, &thread_result);
    if (res != 0)
    {
        perror("Thread join failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Thread joined, it returned %sn", (char *) thread_result);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

void *thread_function(void *arg)
{
    printf("thread_function is running ,Argument was %sn", (char*)arg);
    pthread_exit("Thank you for the CPU time");
}
上述程序就是基于POSIX的简单的多线程程序，主线程创建子线程，等待子线程的结束，获取子线程结束时的退出状态，然后主线程结束。

现在我们来看一下跟踪进程的代码：

/*
 * ptrace_example.c
 *
 * This program is to trace multi-thread program
 *
 *  Created on: Sep 23, 2013
 *      Author: administrator
 */

#include <stdio.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/user.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

int main()
{
    pid_t child_pid;
    int status = 0;

    if ((child_pid = fork()) == 0) //子进程返回
    {
        ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL);
        execl("/home/administrator/workspace/tools/src/ex", "ex", 0);//这个路径需要更改
        printf("child process start failed...n");
    }
    else
    {
        wait(NULL); //接收SIGTRAP信号
        long ptraceOption = PTRACE_O_TRACECLONE;
        ptrace(PTRACE_SETOPTIONS, child_pid, NULL, ptraceOption); //设置ptrace属性

        ptrace(PTRACE_CONT, child_pid, NULL, NULL);

        while (1)
        {
            pid_t child_waited = waitpid(-1, &status, __WALL);//等待接收信号
         

            if(WIFSTOPPED(status))
            {
                printf("child %ld recvied signal %dn",(long)child_waited, WSTOPSIG(status));
            }

            if (WIFSIGNALED(status))
            {
                printf("child %ld recvied signal %dn",(long)child_waited, WTERMSIG(status));
            }

            if (WIFSTOPPED(status) && WSTOPSIG(status) == SIGSTOP)
            { //新线程被创建完成后，收到的信号，或者遇到断点时

                ptrace(PTRACE_CONT, child_waited, 1, NULL);
                continue;
            }

            if (WIFSTOPPED(status) && WSTOPSIG(status) == SIGTRAP)
            {
                //当一个线程创建另一个线程返回时，收到的信号
                pid_t new_pid;
                if (((status >> 16) & 0xffff) == PTRACE_EVENT_CLONE)
                {
                    if (ptrace(PTRACE_GETEVENTMSG, child_waited, 0, &new_pid)
                            != -1)
                    {
                        printf("thread %d createdn", new_pid);

                    }

                }
            }

            if (child_waited == -1)
                break;

            if (WIFEXITED(status))
            { //线程结束时，收到的信号
                printf("thread %d exited with status %dtn", child_waited,
                        WEXITSTATUS(status));
            }

            ptrace(PTRACE_CONT, child_waited, 1, NULL);
        }

    }

    return 0;
}

被跟踪进程首先是使用fork()系统调用创建子进程，然后使用exec加载被跟踪程序ex,通过exec函数族加载时，会是被跟踪进程收到SIGTRAP信号使其终止，而跟踪进程会收到SIGCHLD信号。在被跟踪进程里面首先使用wait(NULL)忽略这一个信号，然后设置ptrace属性，使其跟踪clone事件，此时，当被跟踪进程调用pthread_create时，将使其停止执行，转而执行新产生的子线程，并且子线程因为SIGTRAP停止执行，这个时候事件触发，跟踪进程得到该信号，分析PTRACE_EVENT_CLONE事件,并且使用PTRACE_GETEVENTMSG来得到新产生的子线程的pid，最后两个子线程结束退出时想跟踪进程发送SIGEXIT信号.

程序执行如下：

使用gcc -g ec.c -o ex -lpthread 编译被跟踪进程

使用gcc -g ptrace_example.c -o ptrace_example 编译跟踪进程

./ptrace_example运行跟踪进程程序，执行结果如下：

administrator@ubuntu:~/workspace/tools/src$ ./ptrace_example_11
child 3574 recvied signal 19
child 3573 recvied signal 5
thread 3574 created
Wait for thread to finish...
thread_function is running ,Argument was hello
Thread joined, it returned Thank you for the CPU time
thread 3574 exited with status 0    
thread 3573 exited with status 0    

至此，ptrace完成了跟踪一个简单多线程程序的功能。

最后

以上就是标致短靴为你收集整理的ptrace 跟踪多线程程序的全部内容，希望文章能够帮你解决ptrace 跟踪多线程程序所遇到的程序开发问题。

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