Linux上程式除錯的基石 1 ptrace

2.strace可以方便的幫助我們

記錄程序所執行的系統呼叫

，它是如何跟蹤到程序執行的？ 

3.gdb是我們除錯程式的利器，可以設定斷點，單步跟蹤程式。它的實現原理又是什麼？ 

所有這一切的背後都隱藏著linux所提供的乙個強大的

系統呼叫ptrace()

. 1.ptrace系統呼叫 

ptrace系統調從名字上看是用於程序跟蹤的，它提供了

父程序可以觀察和控制其子程序執行的能力

，並允許父程序檢查和替換子程序的核心映象(包 括暫存器)的值。其基本原理是: 當使用了ptrace跟蹤後，

所有傳送給被跟蹤的子程序的訊號(除了sigkill)，都會被**給父程序，而子程序則會被阻塞，這時子程序的狀態就會被 系統標註為task_traced

。而父程序收到訊號後，就可以對停止下來的子程序進行檢查和修改，然後讓子程序繼續執行。 

1). enum __ptrace_request request：指示了ptrace要執行的命令。 

2). pid_t pid: 指示ptrace要跟蹤的程序。 

3). void *addr: 指示要監控的記憶體位址。 

4). void *data: 存放讀取出的或者要寫入的資料。 

ptrace是如此的強大，以至於有很多大家所常用的工具都基於ptrace來實現，如strace和gdb。接下來，我們借由對strace和gdb的實現，來看看ptrace是如何使用的。 

2. strace的實現 

strace常常被用來攔截和記錄程序所執行的系統呼叫，以及程序所收到的訊號。如有這麼一段程式： 

可以看到形如: 

execve("./helloworld", ["./helloworld"], [/* 67 vars */]) = 0 

brk(0)                                  = 0x804a000 

mmap2(null, 4096, prot_read|prot_write, map_private|map_anonymous, -1, 0) = 0xb7f18000 

access("/etc/ld.so.preload", r_ok)      = -1 enoent (no such file or directory) 

open("/home/supperman/workspace/lib/tls/i686/sse2/libc.so.6", o_rdonly) = -1 enoent (no such file or directory) 

... 

的一段輸出，這就是在執行helloworld中，系統所執行的系統呼叫，以及他們的返回值。 

下面我們用ptrace來研究一下它是怎麼實現的。 

程式的執行結果如下: 

process executed system call id = 11 

process executed system call id = 45 with return value= 134520832 

process executed system call id = 192 with return value= -1208934400 

process executed system call id = 33 with return value= -2 

process executed system call id = 5 with return value= -2 

... 

其中，11號系統呼叫就是execve，45號是brk,192是mmap2,33是access,5是open...經過比對可以發現，和 strace的輸出結果一樣。當然strace進行了更詳盡和完善的處理，我們這裡只是揭示其原理，感興趣的同學可以去研究一下strace的實現。 

ps: 

1). 在系統呼叫執行的時候，會執行pushl %eax # 儲存系統呼叫號orig_eax在程式使用者棧中。 

2). 在系統呼叫返回的時候，會執行movl %eax,eax(%esp)將系統呼叫的返回值放入暫存器%eax中。 

3). wifexited()巨集用來判斷子程序是否為正常退出的，如果是，它會返回乙個非零值。 

4). 被跟蹤的程式在進入或者退出某次系統呼叫的時候都會觸發乙個sigtrap訊號，而被父程序捕獲。 

5). execve()系統呼叫執行成功的時候並沒有返回值，因為它開始執行一段新的程式，並沒有"返回"的概念。失敗的時候會返回-1。