監(jiān)視嵌入式系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)程間通信的技術(shù)原理介紹

被監(jiān)視進(jìn)程的 trace 標(biāo)志被激活后，它的每一次系統(tǒng)調(diào)用都會(huì)被內(nèi)核檢查。我們程序也隨之被內(nèi)核用信號(hào)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(hào)。它保存在了 u_in.orig_eax 中。通過系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，我們可以確定發(fā)生的是那一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用號(hào)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：

在這里，我們最關(guān)心的是 sendto 系統(tǒng)調(diào)用。在 Linux 的內(nèi)核中， sendto 的真實(shí)入口是 socketcall 系統(tǒng)調(diào)用。它是 bind , sendto 等socket相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的入口。在這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用中，通過一個(gè) 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(gè) 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(hào)是102（從100向下數(shù)兩行）。而 call number 則在 net.h 有定義，我們關(guān)心的 sendto 的 call number 被定義為 SYS_SENDTO ，其絕對(duì)值為11。有了這兩個(gè)重要的數(shù)據(jù)，我們的程序據(jù)此判斷當(dāng)前發(fā)生的系統(tǒng)調(diào)用是否為 sendto 。這一點(diǎn)表現(xiàn)為代碼：

被監(jiān)視進(jìn)程進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用和退出系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，都會(huì)觸發(fā) wait() 返回，使我們的程序有機(jī)會(huì)運(yùn)行。因此，我們需要使用 syscall_entry 來記錄當(dāng)前時(shí)刻是被監(jiān)視進(jìn)程進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用，還是退出系統(tǒng)調(diào)用。這是一個(gè)開關(guān)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(zhǔn)備監(jiān)視下一次的系統(tǒng)調(diào)用。

上面的程序雖然很簡(jiǎn)單，但已經(jīng)可以完整的表現(xiàn)出利用 ptrace 截獲被監(jiān)視進(jìn)程的 sendto 系統(tǒng)調(diào)用的過程。值得補(bǔ)充一點(diǎn)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：

sendto 包含了六個(gè)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(biāo)。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(gè)參數(shù)。這樣監(jiān)視程序就完全獲得了被監(jiān)視進(jìn)程要向外發(fā)送的數(shù)據(jù)和發(fā)送目標(biāo)。具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)在此不再展開論述。請(qǐng)參考 man ptrace 說明手冊(cè)。監(jiān)視系統(tǒng)的體系和應(yīng)用

利用上面討論的技術(shù)，我們開發(fā)了可以運(yùn)行在 mips 目標(biāo)板上的監(jiān)視程序，名為 ipcmsg 。它是一個(gè)命令行程序。在我們的應(yīng)用環(huán)境中，它的使用方法是：

pid 是被監(jiān)視進(jìn)程的 pid ，可以通過 ps 命令獲得。 -l 參數(shù)后面指定 PC 主機(jī)的 IP 地址。 -b 參數(shù)指明了接收的端口號(hào)。

最初進(jìn)行監(jiān)視時(shí)， ipcmsg 是沒有 IP 地址和端口號(hào)參數(shù)的。所有信息是輸出到串口控制臺(tái)中。這既影響了運(yùn)行的效率（大量的在串口上的輸出會(huì)影響目標(biāo)板的運(yùn)行速度），也不利于信息的處理。由于我們的目標(biāo)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(jī)上。使用 PC 主機(jī)更便于對(duì)進(jìn)程間通信的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。在 PC 主機(jī)上，我們使用 wireshark 這個(gè)非常流行的開源的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析軟件接收來自目標(biāo)板的信息。整個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖所示：

圖1 架構(gòu)