監(jiān)視嵌入式系統(tǒng)內(nèi)進程間通信的技術原理介紹
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本文引用地址：http://yuyingmama.com.cn/article/154010.htm
被監(jiān)視進程的 trace 標志被激活后，它的每一次系統(tǒng)調(diào)用都會被內(nèi)核檢查。我們程序也隨之被內(nèi)核用信號通知。使用參數(shù) PTRACE_GETREGS 的 ptrace() 將獲得截獲的系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)。最重要的參數(shù)是系統(tǒng)調(diào)用號。它保存在了 u_in.orig_eax 中。通過系統(tǒng)調(diào)用號，我們可以確定發(fā)生的是那一個系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用號可以在 Linux 的源代碼中查找。它的定義在 Linux-source-2.6.xx/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S 中。它的部分代碼如下所示：
| .long sys_fstatfs /* 100 */ .long sys_ioperm .long sys_socketcall .long sys_syslog |
在這里，我們最關心的是 sendto 系統(tǒng)調(diào)用。在 Linux 的內(nèi)核中， sendto 的真實入口是 socketcall 系統(tǒng)調(diào)用。它是 bind , sendto 等socket相關系統(tǒng)調(diào)用的入口。在這個系統(tǒng)調(diào)用中，通過一個 call number 來區(qū)分出 bind ， sendto 等不同的子系統(tǒng)調(diào)用。在我們的程序中，這個 call number 保存在 u_in.ebx 中。 從上面的 syscall_table_32.S 示例代碼就可以看出， socketcall 的系統(tǒng)調(diào)用號是102（從100向下數(shù)兩行）。而 call number 則在 net.h 有定義，我們關心的 sendto 的 call number 被定義為 SYS_SENDTO ，其絕對值為11。有了這兩個重要的數(shù)據(jù)，我們的程序據(jù)此判斷當前發(fā)生的系統(tǒng)調(diào)用是否為 sendto 。這一點表現(xiàn)為代碼：
| if (u_in.orig_eax == 102 u_in.ebx == SYS_SENDTO) |
被監(jiān)視進程進入系統(tǒng)調(diào)用和退出系統(tǒng)調(diào)用時，都會觸發(fā) wait() 返回，使我們的程序有機會運行。因此，我們需要使用 syscall_entry 來記錄當前時刻是被監(jiān)視進程進入系統(tǒng)調(diào)用，還是退出系統(tǒng)調(diào)用。這是一個開關量，非常容易理解。 最后，每次處理完，都需要再次調(diào)用參數(shù)為 PTRACE_SYSCALL 的 ptrace ，準備監(jiān)視下一次的系統(tǒng)調(diào)用。
上面的程序雖然很簡單，但已經(jīng)可以完整的表現(xiàn)出利用 ptrace 截獲被監(jiān)視進程的 sendto 系統(tǒng)調(diào)用的過程。值得補充一點的是，利用 ptrace 也可以獲得 sendto 向外發(fā)送的數(shù)據(jù)。
sendto 系統(tǒng)調(diào)用的定義是：
| #include sys/types.h> #include sys/socket.h> size_t sendto(int s, const void *msg, size_t len, int flags, const struct sockaddr *to, socket len_t tolen); |
sendto 包含了六個參數(shù)，特別是 msg 參數(shù)指出了發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。參數(shù) to 指出了發(fā)送的目標。利用 PTRACE_PEEKDATA 參數(shù)的 ptrace ，監(jiān)視程序?qū)⒖梢垣@得 sendto 的全部的六個參數(shù)。這樣監(jiān)視程序就完全獲得了被監(jiān)視進程要向外發(fā)送的數(shù)據(jù)和發(fā)送目標。具體的實現(xiàn)細節(jié)在此不再展開論述。請參考 man ptrace 說明手冊。監(jiān)視系統(tǒng)的體系和應用
利用上面討論的技術，我們開發(fā)了可以運行在 mips 目標板上的監(jiān)視程序，名為 ipcmsg 。它是一個命令行程序。在我們的應用環(huán)境中，它的使用方法是：
| root@host:~$ ipcmsg -p pid -l xxx.xxx.xxx.xxx -b 6000 |
pid 是被監(jiān)視進程的 pid ，可以通過 ps 命令獲得。 -l 參數(shù)后面指定 PC 主機的 IP 地址。 -b 參數(shù)指明了接收的端口號。
最初進行監(jiān)視時， ipcmsg 是沒有 IP 地址和端口號參數(shù)的。所有信息是輸出到串口控制臺中。這既影響了運行的效率（大量的在串口上的輸出會影響目標板的運行速度），也不利于信息的處理。由于我們的目標板具備以太網(wǎng)接口，我們很容易的想到將 ipcmsg 截獲的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 PC 主機上。使用 PC 主機更便于對進程間通信的數(shù)據(jù)包進行分析。在 PC 主機上，我們使用 wireshark 這個非常流行的開源的網(wǎng)絡報文分析軟件接收來自目標板的信息。整個監(jiān)視系統(tǒng)的架構如下圖所示：
圖1 架構
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