-
Модель межпроцессного взаимодействия «главный–подчиненный»
Достаточно часто при организации многопроцессной работы необходимо наличие возможности, когда один процесс является главным по отношению к другому процессу. В частности, это необходимо для организации средств отладки, когда есть процесс-отладчик и отлаживаемый процесс. Для механизма отладки оказалось бы полезным, чтобы отладчик мог в произвольные моменты времени останавливать отлаживаемый процесс и, когда отлаживаемый процесс остановлен, осуществлять действия по его отладке: просматривать содержимое тела процесса, при необходимости корректировать тело процесса и т.д. Также является полезным возможность обеспечения контрольных точек в отлаживаемом процессе. Очевидно, что полномочия процесса-отладчика по отношению к отлаживаемому процессу являются полномочиями главного, т.е. отладчик может осуществлять управление, в то время как отлаживаемый процесс может лишь подчиняться.
Для организации взаимодействия «главный–подчиненный» ОС Unix предоставляет системный вызов ptrace().
#include <sys/ptrace.h>
int ptrace(int cmd, int pid, int addr, int data);
В этом системном вызове параметр cmd обозначает код выполняемой команды, pid — идентификатор процесса-потомка (который мы хотим трассировать), addr — некоторый адрес в адресном пространстве процесса-потомка, и, наконец, data — слово информации.
Посредством системного вызова ptrace() можно решать две задачи. С одной стороны, с помощью этого вызова подчиненный процесс может разрешить родительскому процессу проводить свою трассировку: для этого в качестве параметра cmd необходимо указать команду PTRACE_TRACEME. С другой стороны, с помощью этого же системного вызова процесс отладчик может манипулировать отлаживаемым процессом. Для этого используются остальные значения параметра cmd.
Системный вызов ptrace() позволяет выполнять следующие действия:
-
читать данные из сегмента кода и сегмента данных отлаживаемого процесса;
-
читать некоторые данные из контекста отлаживаемого процесса (в частности, имеется возможность чтения содержимого регистров);
-
осуществлять запись в сегмент кода, сегмент данных и в некоторые области контекста отлаживаемого процесса (в т.ч. модифицировать содержимое регистров). Следует отметить, что производить чтение и запись данных (а также осуществлять большинство управляющих команд над отлаживаемым процессом) можно лишь, когда трассируемый процесс приостановлен;
-
продолжать выполнение отлаживаемого процесса с прерванной точки или с предопределенного адреса сегмента кода;
-
исполнять отлаживаемый процесс в пошаговом режиме. Пошаговый режим — это режим, обеспечиваемый аппаратурой компьютера, который вызывает прерывание после исполнения каждой машинной команды отлаживаемого процесса (т.е. после исполнения каждой машинной команды процесс приостанавливается); и т.д.
Ниже приводится список возможных значений параметра cmd.
-
cmd = PTRACE_TRACEME — сыновний процесс вызывает в самом начале своей работы ptrace с таким кодом операции, позволяя тем самым трассировать себя.
-
cmd = PTRACE_PEEKDATA — чтение слова из адресного пространства отлаживаемого процесса.
-
cmd = PTRACE_PEEKUSER — чтение слова из контекста процесса (из пользовательской составляющей, содержащейся в <sys/user.h>).
-
cmd = PTRACE_POKEDATA — запись данных в адресное пространство процесса-потомка.
-
cmd = PTRACE_POKEUSER — запись данных в контекст трассируемого процесса.
-
cmd = PTRACE_GETREGS, PTRACE_GETFREGS — чтение регистров общего назначения (в т.ч. с плавающей точкой) трассируемого процесса.
-
cmd = PTRACE_SETREGS, PTRACE_SETFREGS — запись в регистры общего назначения (в т.ч. с плавающей точкой) трассируемого процесса.
-
cmd = PTRACE_CONT — возобновление выполнения трассируемого процесса.
-
cmd = PTRACE_SYSCALL, PTRACE_SINGLESTEP — возобновляется выполнение трассируемой программы, но снова останавливается после выполнения одной инструкции.
-
cmd = PTRACE_KILL — завершение выполнения трассируемого процесса.
Рассмотрим типовую схему организации трассировки. Будем рассматривать взаимодействие родительского процесса-отладчика с подчиненным дочерним процессом (Рис. 89.).
