监视嵌入式系统内进程间通信的技术原理

被监视进程的 trace 标志被激活后，它的每一次系统调用都会被内核检查。我们程序也随之被内核用信号通知。使用参数 PTRACE_GETREGS 的 ptrace() 将获得截获的系统调用的参数。最重要的参数是系统调用号。它保存在了 u_in.orig_eax 中。通过系统调用号，我们可以确定发生的是那一个系统调用。系统调用号可以在 Linux 的源代码中查找。它的定义在 Linux-source-2.6.xx/arch/x86/kernel/syscall_table_32.S 中。它的部分代码如下所示：

在这里，我们最关心的是 sendto 系统调用。在 Linux 的内核中， sendto 的真实入口是 socketcall 系统调用。它是 bind , sendto 等socket相关系统调用的入口。在这个系统调用中，通过一个 call number 来区分出 bind ， sendto 等不同的子系统调用。在我们的程序中，这个 call number 保存在 u_in.ebx 中。 从上面的 syscall_table_32.S 示例代码就可以看出， socketcall 的系统调用号是102（从100向下数两行）。而 call number 则在 net.h 有定义，我们关心的 sendto 的 call number 被定义为 SYS_SENDTO ，其绝对值为11。有了这两个重要的数据，我们的程序据此判断当前发生的系统调用是否为 sendto 。这一点表现为代码：

被监视进程进入系统调用和退出系统调用时，都会触发 wait() 返回，使我们的程序有机会运行。因此，我们需要使用 syscall_entry 来记录当前时刻是被监视进程进入系统调用，还是退出系统调用。这是一个开关量，非常容易理解。 最后，每次处理完，都需要再次调用参数为 PTRACE_SYSCALL 的 ptrace ，准备监视下一次的系统调用。

上面的程序虽然很简单，但已经可以完整的表现出利用 ptrace 截获被监视进程的 sendto 系统调用的过程。值得补充一点的是，利用 ptrace 也可以获得 sendto 向外发送的数据。

sendto 系统调用的定义是：

sendto 包含了六个参数，特别是 msg 参数指出了发送的数据内容。参数 to 指出了发送的目标。利用 PTRACE_PEEKDATA 参数的 ptrace ，监视程序将可以获得 sendto 的全部的六个参数。这样监视程序就完全获得了被监视进程要向外发送的数据和发送目标。具体的实现细节在此不再展开论述。请参考 man ptrace 说明手册。监视系统的体系和应用

利用上面讨论的技术，我们开发了可以运行在 mips 目标板上的监视程序，名为 ipcmsg 。它是一个命令行程序。在我们的应用环境中，它的使用方法是：

pid 是被监视进程的 pid ，可以通过 ps 命令获得。 -l 参数后面指定 PC 主机的 IP 地址。 -b 参数指明了接收的端口号。

最初进行监视时， ipcmsg 是没有 IP 地址和端口号参数的。所有信息是输出到串口控制台中。这既影响了运行的效率（大量的在串口上的输出会影响目标板的运行速度），也不利于信息的处理。由于我们的目标板具备以太网接口，我们很容易的想到将 ipcmsg 截获的数据包转发到 PC 主机上。使用 PC 主机更便于对进程间通信的数据包进行分析。在 PC 主机上，我们使用 wireshark 这个非常流行的开源的网络报文分析软件接收来自目标板的信息。整个监视系统的架构如下图所示：

图1 架构