anderson_leite

Já faz um bom tempo (quase 1 ano!) desde o último artigo da série de desenvolvimento de debuggers. Este é o último artigo da série e iremos finalmente criar nosso primeiro prototipo de debugger. A ideia aqui, é compilar tudo que foi ensinado nos artigos anteriores sobre Sinais, Forks e ptrace . Com isso, criaremos um simples tracer em C que irá receber um endereço como argumento e colocar um breakpoint no mesmo. Diagrama Antes vamos definir um pouco o escopo do nosso software: O nosso tracer irá criar um fork e nesse fork será feita a chamada para a execv, que por sua vez irá trocar a imagem do atual processo (seu conteúdo) pela de outro processo, fazendo com que de fato vire outro processo. Já o nosso debugger, dentro de um loop, irá se comunicar via sinais com o processo filho. Breakpoints Existem dois tipos de breakpoints: software breakpoints e hardware breakpoints. Ambos servem para interromper a execução do nosso software em determinada instrução. Para que isso seja possível é necessário que a execução do processo seja interrompida na nossa CPU. Interrupções Quando ocorre algum evento no computador que precisa de um tratamento imediato, a CPU invoca uma interrupção. Cada evento desse contém uma ação especifica que nosso kernel irá lidar de alguma maneira e a estrutura responsável por salvar os valores e significados das mesmas é a Interrupt Descriptor Table. A imagem acima representa visualmente uma implementação desse vetor, onde cada posição (offset) contém uma struct associada e nela os valores necessários para lidar com isso. Você pode ter uma explicação mais detalhada aqui. Mas por que eu estou falando de tudo isso? Porque breakpoints nada mais são do que uma interrupção em um dado endereço que faz com que o processador pare a execução do seu programa. O valor que interrompe a CPU para um breakpoint é o 0x03. Vamos testar isto nesse pequeno bloco de código: main() { int x = 4; // Iniciando qualquer coisa __asm__( "int $0x03" ); } A macro __asm__ permite que seja colocado o código direto em assembly, nesse caso, foi colocado o mnémonico INT, que cuida das interrupções com o valor 3 (offset comentado acima na IDT). Se você compilar e executar esse programa: ~ ./code zsh: trace trap (core dumped) ./code Nesse momento o trabalho de fazer o handle dessa interrupção é do nosso software. O que fizemos aqui foi implementar um software breakpoint. Agora vamos executar esse programa no gdb e não por breakpoint algum (dentro do gdb) e só executar: (gdb) r Starting program: /home/zlad/code Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap. 0x000055555555515f in main () (gdb) disas Dump of assembler code for function main: 0x0000555555555139 <+0>: push %rbp 0x000055555555513a <+1>: mov %rsp,%rbp 0x000055555555513d <+4>: sub $0x10,%rsp 0x0000555555555141 <+8>: movl $0x2,-0x4(%rbp) 0x0000555555555148 <+15>: mov -0x4(%rbp),%eax 0x000055555555514b <+18>: mov %eax,%esi 0x000055555555514d <+20>: lea 0xeb0(%rip),%rdi 0x0000555555555154 <+27>: mov $0x0,%eax 0x0000555555555159 <+32>: callq 0x555555555030 <printf@plt> 0x000055555555515e <+37>: int3 => 0x000055555555515f <+38>: mov $0x0,%eax 0x0000555555555164 <+43>: leaveq 0x0000555555555165 <+44>: retq End of assembler dump. (gdb) Veja que a nossa interrupção foi capturada pelo GDB, pois ele detectou um breakpoint trap e é exatamente isso que iremos fazer. Nosso tracer será capaz de detectar quando irá ocorrer um SIGTRAP, ou seja, um sinal que deve ser tratado por nosso sistema operacional. Finalmente implementando Vamos finalmente começar o nosso pequeno tracer, que será capaz colocar breakpoints, executar instrução por instrução e imprimir os registradores na tela! Para inserir a interrupção de breakpoint (int 3) não precisamos de muito, pois já existe um mnemónico para isso que é o int3 e que tem como valor 0xCC. Para inserir breakpoints precisamos de um endereço (que vá ser executado) e uma maneira de escrever nesse local na memória virtual do nosso processo. Já vimos anteriormente o ptracer e nele sabemos que temos alguns enums que podem ser passados como seu primeiro argumento. São eles o PEEK_DATA e o POKE_DATA, que servem para buscar algo na memória de um processo e escrever algo na memória de um processo, respectivamente. Segue a função que vamos usar para adicionar breakpoints no nosso tracer: uint64_t add_breakpoint(pid_t pid, uint64_t address) { uint64_t break_opcode = 0xCC; uint64_t code_at = ptrace(PTRACE_PEEKDATA, pid, address, NULL); uint64_t breakpoint_code = (code_at & ~0xFF) | break_opcode; ptrace(PTRACE_POKEDATA, pid, address, breakpoint_code); return code_at; } Respire fundo e vamos em partes, a ideia aqui é a seguinte: Dado o pid do nosso processo filho e um endereço de memória, vamos buscar o código que estava naquele local (code_at), salvar esse código (não só queremos adicionar um novo opcode, mas podemos futuramente querer executá-lo) e então vamos adicionar nossa instrução nos bytes menos significativos, ou seja, vamos executar ela primeiro. Usamos aqui uma variável de 64 bits por conta da arquitetura do meu sistema. Se você quiser tornar isto portável, é possível criar uma variável genérica baseada na arquitetura: #ifdef __i386__ #define myvar uint32_t #else #define myvar uint64_t #endif Isso é opcional, mas caso você queira criar algo mais genérico, esse é o caminho. A operação bitwise que fizemos aqui também pode ser “nebulosa” para alguns, mas segue o equivalente de maneira mais “verbosa” e em python: >>> hex(0xdeadbeef & ~0xFF) # Mascarando byte menos significativo '0xdeadbe00' >>> hex(0xdeadbeef & ~0xFF | 0xCC) # Mascarando byte e adicionado opcode int3(0xCC) '0xdeadbecc' O que é feito aqui é uma jogada lógica. Vamos quebrar isso em passos: Fazemos um AND com algo negado (0xFFFFFF00); Fazemos um OR com o resultado que irá "preencher" o espaço vazio, visto que um valor OR 0 será sempre o valor com conteúdo; No final mascaramos o último byte e colocamos nosso opcode; O nosso loop precisa executar enquanto nosso processo filho estiver sendo debugado. Em termos de estrutura de códigos vamos usar um laço que irá receber uma flag para sua execução: while (!WIFEXITED(status)) { // Our code } Caso você esteja perdido nessa função WIFEXITED, vale a pena dar uma olhada no artigo desta série sobre Forks. Agora é puramente uma questão de jogar com sinais e estruturar nosso código da maneira mais coesa possível, resumindo, pura programação ? Após nosso breakpoint ser definido em memória precisamos fazer o handling disso. Para isso usamos a função WSTOPSIG, que irá receber o status do nosso processo (que é atribuído na função wait) e irá nos dizer qual tipo de interrupção ocorreu: while (!WIFEXITED(status)) { wait(&status); signal = WSTPOPSIG(status); switch(signal) { case SIGTRAP: puts("We just hit a breakpoint!\n"); display_process_info(pid); break; } } No momento que uma sigtrap for enviada para a gente podemos considerar que caímos no nosso breakpoint. Nesse momento, nosso processo filho está block (pois sofreu uma interrupção), esperando algum tipo de ação para continuar. A função display_process_info(pid) irá mostrar o atual estado dos nossos registrados, usando o enum PTRACE_GETREGS que recebe a struct regs (também já visto no artigo passado): void display_process_info(pid_t pid) { struct user_regs_struct regs; ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, &regs); printf("Child %d Registers:\n", pid); printf("R15: 0x%x\n", regs.r15); printf("R14: 0x%x\n", regs.r14); printf("R12: 0x%x\n", regs.r12); printf("R11: 0x%x\n", regs.r11); printf("R10: 0x%x\n", regs.r10); printf("RBP: 0x%x\n", regs.rbp); printf("RAX: 0x%x\n", regs.rax); printf("RCX: 0x%x\n", regs.rcx); printf("RDX: 0x%x\n", regs.rdx); printf("RSI: 0x%x\n", regs.rsi); printf("RDI: 0x%x\n", regs.rdi); printf("RIP: 0x%x\n", regs.rip); printf("CS: 0x%x\n", regs.cs); printf("EFGLAS: 0x%x\n", regs.eflags); } O código do nosso loop final fica da seguinte forma: while (!WIFEXITED(status)) { signal = WSTOPSIG(status); switch(signal) { case SIGTRAP: puts("We just hit a breakpoint!\n"); break; } printf("> "); fgets(input, 100, stdin); if (!strcmp(input, "infor\n")) { display_process_info(pid); } else if (!strcmp(input, "continue\n")) { ptrace(PTRACE_CONT, pid, NULL, NULL); wait(&status); } } printf("Child %d finished...\n", pid); return 0; } Não iremos focar em implementação pela parte da interação do úsuario pois não é o foco dessa série de artigos. Tentei ser o mais “verboso” possível no quesito UX ?. No projeto original usei a lib linenoise para criar uma shell interativa, mas isso fica para sua imaginação. Vamos executar: ~/.../mentebinaria/artigos >>> ./tracer hello 0x401122 #<== Endereco da main [130] Forking... Adding breakpoint on 0x401122 We just hit a breakpoint! > infor Child 705594 Registers: R15: 0x0 R14: 0x0 R12: 0x401050 R11: 0x2 R10: 0x7 RBP: 0x0 RAX: 0x401122 RCX: 0x225d7578 RDX: 0x19a402c8 RSI: 0x19a402b8 RDI: 0x1 RIP: 0x401123 CS: 0x33 EFGLAS: 0x246 We just hit a breakpoint! > continue Hello world Child 705594 finished... A ideia aqui não é criar tudo para você. A partir de agora, com o conhecimento básico dessa série de artigos, é possível criar o seu próprio debugger ou ferramenta semelhante. Deixo aqui o meu projeto, sdebugger, que foi fruto do meu estudo sobre este tema. Todo conhecimento base que eu passei aqui foi o necessário para criar este projetinho. Agradeço a toda turma do Mente Binária pelo apoio e desculpa à todos pela demora para finalizar essa série de artigos. Tenho várias ideias para artigos futuros, então vamos nos ver em breve! Links úteis: ELF Interruptions Breakpoints Interrupt Descriptor Table Qualquer problema/erro por favor me chame ?

Olá, já faz um bom tempo desde do ultimo artigo sobre a construção de debuggers mas, sem mais delongas, vamos dar continuidade a esta série! ? Neste artigo iremos falar um pouco sobre uma chamada de sistema que é capaz de controlar quase todos os aspectos de um processo: a syscall PTRACE (process trace). Antes de continuarmos, vale ressaltar que todo o código utilizado neste artigo está disponível no repositório do Github. De acordo com o manual do Linux (man ptrace), a syscall ptrace é definida assim: "A syscall ptrace provê meios para que um processo (denominado "tracer") possa observar, controlar a execução de um outro processo (denominado "tracee"), examinar e modificar a memória e registradores do "tracee". É primariamente utilizado para a implementação de 'breakpoint debugging' e para rastreamento de syscalls". Em outras palavras, podemos utilizar a ptrace para controlar um outro processo sobre o qual termos permissões sobre! Por exemplo, execute: strace /bin/ls O comando "strace" acima, é utilizado para que se possa rastrear todas as syscalls que um programa realiza. Vale lembrar que toda a técnica utilizada para o rastreamento de syscalls envolve o conteúdo abordado nos artigos anteriores, então é de suma importância que você tenha lido (ou saiba) o primeiro artigo sobre Sinais e o segundo sobre Forks. Antes de começar a rastrear um dado comando, o strace precisa ter controle total sobre a execução do processo alvo, para isso é feito um fork do processo em questão e o mesmo é "traceado". Voltaremos neste assunto em breve. A wrapper da ptrace é definida em <sys/ptrace.h> e tem o seguinte protótipo: #include <sys/ptrace.h> long ptrace(enum __ptrace_request request, pid_t pid, void *addr, void *data); Onde o primeiro argumento request é um enum onde cada valor define uma ação em cima do "tracee", tais como TRACEME, GETEREGS, SETREGS e etc. O segundo argumento, pid, é o PID (Process Identification) do processo que queremos "tracear", o terceiro argumento addr é um endereço para alguma interação que a ser realizada da memória do processo "traceado" e o quarto e último argumento data é algum tipo de dado passado para o processo. Agora que você ja conhece o formato desta syscall, vamos fazer um pequeno breakdown do comando "strace". Execute: strace strace /bin/ls 2>&1 | grep -A2 clone Por mais bizarro que o comando acima pareça, o que vamos fazer aqui é rastrear todas as syscalls que o strace faz usando o próprio strace! Como a saída padrão do strace não é o stdout (dê uma lida em standart streams, caso esteja confuso) então é primeiro redirecionar a saída de erro para a saída padrão, para que seja possível rodar o grep no que queremos. Estamos buscando aqui, alguma chamada a syscall clone, que é sempre chamada quando é feito um fork. A chamada à ptrace vem logo em seguida: clone(child_stack=NULL, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7f7c4aa8ea10) = 16203 ptrace(PTRACE_SEIZE, 16203, NULL, 0) = 0 Nesse caso, o strace cria um processo filho e em seguida usa o ptrace com o argumento SEIZE para iniciar o rastreamento (tracing) de um processo sem interrompê-lo, como analisaremos em seguida. Dessa maneira o strace é capaz de interceptar cada chamada de sistema feita pelo processo! Dê uma olhada no comando ltrace, que diferente do strace, rastreia todas as chamadas à bibliotecas (libraries trace) e tente fazer o mesmo que fizemos acima! Algumas ações notáveis que podemos fazer com a ptrace: PTRACE_PEEKTEXT, PTRACE_PEEKDATA Ler uma word em um dado endereço. PTRACE_POKETEXT, PTRACE_POKEDATA Copiar uma word para um determinado endereço (injete dados na memória). PTRACE_GETREGS Ler os registradores de um processo, que será guardado na struct user_regs_struct em <sys/user.h>. PTRACE_SETREGS Escrever nos registradores de um processo (também no formato da struct acima). Execute "man ptrace" para uma abordagem mais detalhadas de todos os valores disponíveis. ? Implementando um simples tracer Agora que já temos uma base de forks e uma ideia de como o ptrace funciona, podemos unificar os dois e tenho certeza que o ptrace irá ficar mais claro. A partir de agora ele é fundamental para a implementação do nosso debugger. O primeiro passo é definir o escopo de como será feito o nosso "tracer": vamos rastrear um processo que já esta sendo executado ou vamos criar um novo? Para o nosso debugger, iremos apenas criar um fork e trocar sua imagem de execução para a do programa que queremos debugar, usando uma das funções da família exec. Primeiro vamos usar a função execl, que faz parte do leque de funções exec (man 3 exec) que trocam a imagem do nosso processo por outra, ou seja, o nosso programa é realmente trocado por outro em uma execução. A função execl é definida como: #include <unistd.h> int execl(const char *pathname, const char *arg, ... /* (char *) NULL */); Onde o primeiro argumento pathname é caminho completo do nosso executável alvo e os demais argumentos, que podem ser vários, são os argumentos para o programa que será executado. Para seguir um padrão, o primeiro argumento que geralmente colocamos é o caminho do programa em questão (lembrem que no array argv a posição 0 guarda o nome do programa em si), o resto dos argumentos são opcionais e seguem no modelo de lista de argumentos que são delimitados por um argumento NULL, que geralmente usamos para finalizar a lista. Agora considere o seguinte exemplo: #include <unistd.h> #include <stdio.h> int main(int argc, char* const* argv) { if (argc < 3) { printf("Usage: %s <command> <args>\n", argv[0]); return 1; } const char* command = argv[1]; char* const* args = &argv[1]; printf("First arg => %s\n", args[0]); execv(command, args); puts("Continua?\n"); return 0; } Compile com $ gcc -o exec exec.c $ ./exec /bin/ls -lah Este programa bem simples demonstra como a exec funciona. O que acabamos de criar aqui foi uma espécie de wrapper para qualquer comando: ele irá pegar o nome do comando e os seus respectivos argumentos e trocar sua execução atual pela a que você especificou. Note também a string "Continue?" que deveria ser impressa na tela. Esta nunca será impressa pois o nosso programa virou de fato, outro. Interessante, não? Usando um pouco de criatividade, podemos criar novos processos filhos combinando forks + exec, ou seja, criamos um fork do nosso processo e trocamos sua imagem por outra! Dessa maneira, por exemplo, temos total controle sobre o comando ls. Modificando um pouco o código acima e seguindo a ideia de forks, temos: #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ptrace.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char* const* argv) { if (argc < 3) { printf("Usage: %s <command> <args>\n", argv[0]); return 1; } const char* command = argv[1]; char* const* args = &argv[1]; pid_t child_pid = fork(); // Neste ponto, todas as variaveis sao copiadas para o nosso fork // o fork NAO recebe as mesmas variaveis, apenas uma cópia ;) if (!child_pid) { // Hora de transformar nosso fork em outro programa ptrace(PTRACE_TRACEME, NULL, NULL, NULL); execv(command, args); } char in; do { puts("Iniciar processo ? [y/n]: "); in = getchar(); } while (in != 'y'); ptrace(PTRACE_CONT, child_pid, NULL, NULL); return 0; } Compile $ gcc -o fork_exec fork_exec. $ ./fork_exec /bin/ls O programa acima realiza os primeiros passos do nosso tracer: é passado o caminho de um programa e os argumentos para o mesmo. Com isso criamos um fork e usamos o ptrace no própio fork com o argumento TRACEME. Este parâmetro indica que o este processo será "traced" pelo seu processo pai. Em seguida trocamos a nossa execução para o nosso programa alvo. Neste momento temos total controle sobre a execução, no exemplo acima, do comando ls. Quando um processo inicia sua execução com TRACEME + exec, o mesmo recebe um sinal de interrupção (SIGTRAP) até que o seu processo pai indique que ele deve continuar sua execução. Por isso, o nosso processo pai, que retém o PID do processo filho, usa o ptrace com o argumento CONT para que seja enviado o signal para dar continuidade de execução. E depois? Agora toda a comunicação entre os processos pai e o filho se dará via sinais e usaremos a syscall wait constantemente. Lembra que definimos acima algumas funções que podemos usar em conjunto com a ptrace? Para já irmos adiantando alguns artigos, vamos fazer um programa que mostra o estado dos registradores para um processo, passo a passo. Vamos usar dois parâmetros para a ptrace: GETREGS e STEP. Segue o código: #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ptrace.h> #include <sys/user.h> #include <sys/wait.h> void display_regs(struct user_regs_struct* regs) { printf("RIP: 0x%x\n", regs->rip); printf("RBP: 0x%x\n", regs->rbp); printf("RSP: 0x%x\n", regs->rsp); } int main(int argc, char* const* argv) { if (argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage: %s <program_path>\n", argv[0]); return 1; } const char* progName = argv[1]; pid_t child = fork(); if (!child) { ptrace(PTRACE_TRACEME, NULL, NULL, NULL); execl(progName, progName, NULL); } int status; int options = 0; int signal; // Estrutura que mantem os registradores struct user_regs_struct regs; /// Capta primeiro sinal de parada do filho waitpid(child, &status, 0); signal = WSTOPSIG(status); if (signal == SIGTRAP) { printf("Processo alvo %s esperando pronto para iniciar\n\n", progName); } printf("Executando 10 instruções\n"); for (int i = 0; i < 10; ++i) { printf("Passo: %d\n", i+1); // Executa uma instrução ptrace(PTRACE_SINGLESTEP, child, NULL, NULL); // Espera sinal do filho waitpid(child, &status, 0); // Copia o estado atual dos registradores ptrace(PTRACE_GETREGS, child, NULL, &regs); // Função local para imprimir os principais registradores display_regs(&regs); puts("\n\n"); } puts("Continuando...\n"); /// Continua execução ptrace(PTRACE_CONT, child, NULL, NULL); waitpid(child, &status, 0); printf("Filho saiu com %d\n", WIFEXITED(status)); return 0; } Compile: $ gcc -o tracer tracer.c $ ./tracer /bin/ls O código acima, além de criar e rastrear o processo, executa as primeiras 10 instruções e copia os estados dos registradores em cada passo. Logo após, continua a execução do programa normalmente. A estrutura user_reg_struct, definida em <sys/user.h>, contém todos os registradores que estão disponíveis na sua arquitetura. O código foi escrito considerando um ambiente x86-64. Com o estudo da ptrace, fechamos toda a introdução para construirmos o nosso debugger de fato, que vamos começar a desenvolver no próximo artigo, incialmente com capacidade de por breakpoints, imprimir o atual estado dos registrados e executar instrução por instrução do processo. Qualquer dúvida ou correção sinta-se livre de por nos comentários! ? Links úteis: Process control Process relationship Code injection with ptrace Sinais Fork Até a próxima!

Olá! No artigo anterior falamos sobre Signals, que é de suma importância para a comunicação entre processos, mas para construir o nosso debugger precisamos muito mais do que apenas isso, precisamos de fato ter total controle sobre um dado processo e se possível controlar até o seu própio início. Neste artigo será explicado o que são forks e seu uso em desenvolvimento de aplicações em sistemas UNIX. Sem mais delongas, vamos prosseguir!!!? Resumidamente a syscall fork é usada para a duplicação e criação de um processo. Quando um dado processo chama a função fork(), é criada uma cópia idêntinca de seus dados. Note que apenas uma cópia é feita, o processo filho não compartilha o mesmo espaço de memória do pai. A syscall fork retorna um PID que é usado para indetificar em qual processos estamos e também dar acesso ao ID do processo filho. Caso o PID seja 0 estamos executando no filho, caso seja qualquer outro somos o processo pai, isso ocorre pois o pai precisa saber o PID do filho, mas o filho não necessariamente precisa saber o seu própio (da mesma maneira que o seu processo não sabe o própio PID ao menos que o mesmo peça). Algo interessante de se notar é que os Init System usados para subir e gerenciar serviços de sua máquina trabalham dessa mesma maneira, você pode checar sua árvore de processo usando comando pstree: $ pstree Dessa maneira você tem uma representação bem visual de como está dividida a sua estrutura de processos ?. Note que todos os processos são filhos do seu Init system (seja ele SystemV, Systemd, etc). Aconselho você explorar o comando pstree para uma visão bem mais detalhada do seu sistema! Outra abordagem é usar o própio comando ps: $ ps -ef Rode o comando acima (dependendo da quantidade de processos use um pipe para o less ?) e com ele teremos uma visão mais detalhada. A coluna PID representa o ID do processo em si e a coluna PPID representa o "Parent Process ID", que nada mais é que o ID do processo pai. Note que o PID 1 é o seu Init System e os seus processos rodam como filho dele! Vale notar que o processo Pai do própio init é o PID 0, que é conhecido como "swapper" ou "scheduler", que é o processo responsavel para realização de paging. Paging é o sistema de gerenciamento de memória que salva os dados da RAM em uma memória secundária (HD, SSD e etc) e recupera em formato de páginas (outros PID também são filhos do propio PID 0 como PID 2 que gerencia todas as threads que rodam em Kernel Land(KThread) etc). Programando Forks A syscall fork está na lib <unistd.h> (Unix Standard library) e tem a seguinte construção: #include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t fork(void); Precisamos incluir a lib <sys/types.h> para que seja possivel acessar o tipo pid_t. A função fork não espera nenhum parâmetro para a sua construção e o código abaixo demonstra o quão simples é cria um fork. #include <stdio.h> // Acesso a syscall #include <unistd.h> // Acesso ao tipo variavel pid_t #include <sys/types.h> int main(void) { int x; printf("Processo normal...\n"); printf("Forking...\n"); sleep(5); pid_t pid = fork(); x = 40; if (pid == 0) { printf("Eu sou o processo filho meu PID: %d\n", pid); } else { printf("Eu sou o processo pai de %d\n", pid); } sleep(5); return 0; } Compile o código acima da seguinte forma: $ gcc -o fork fork.c $ ./fork Note que o código se "divide" a partir da chamada fork e um if é usado para saber se estamos executando no pai ou no filho, note também que o pai sabe o PID e o filho não. Para melhor visualização o código acima roda por 10 segundos (por conta da chamada ao sleep com esse tempo de espera). Abra um outro terminal e rode o comando: $ watch -n1 pstree O comando acima vai executar o pstree a cada 1 segundo, desta forma você verá o exato momento da criação do fork. Comunicando-se com o processo fork Agora imagine que um processo precisa esperar o seu filho terminar algum trabalho e dependendo do seu sinal o processo pai realiza alguma ação. A comunicação entre o processo pai e o filho se da por signals. O pai pode saber exatamente o estado do seu processo filho usando a syscall wait e waitpid, ambas na lib <sys/wait.h>: #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait(int *status); pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); A syscall wait espera que ao menos 1 de seus processos filho troque de estado, já a waitpid espera por um processo específico. Como sabemos exatamente qual processo queremos rastrear iremos usar esta call ?: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h> int main(void) { printf("Spliting work...\n"); pid_t pid = fork(); if (!pid) { int a = 0; for(int i = 0; i < 100000000; i++ ) { a += i*2 + 10 *i; } return 9; } int status; int signal; printf("Waiting child finish work...\n"); waitpid(pid, &status, 0); if (WIFEXITED(status)) { signal = WEXITSTATUS(status); printf("Child exited, status = %s\n", strsignal(signal)); } return 1; } Compile o código acima e execute: $ gcc -o work work.c $ ./work Spliting work... Waiting child finish work... Child exited, status = Killed Veja que após a chamada de fork nosso processo filho executa várias iterações e realiza um cálculo (um cálculo totalmente randômico) e após isso retorna 9. Este retorno em questão é apenas por motivos educativos (no artigo anterior falamos de sinais e como eles funcionam). O processo pai usa a syscall waitpid para esperar que qualquer signal seja enviada do pid especificado. Após receber um status é verificado se o fork saiu (WIFEXITED) e se sim, pegamos o signal enviado usando WEXITSTATUS(status da saída) e usamos a chamada strsignal(provida pela string.h) para recuperar uma versão em texto do signal. Nesse caso iremos recuperar o signal "KILLED", pois colocamos 9 apenas por razões educativas. Normalmente se tudo ocorreu bem colocamos 0 (inclusive é dessa maneira que sua shell avalia se o programa rodou certo). $./work && echo "Filho saiu com 0, tudo certo..." || echo "Filho saiu com 1, algo errado..." No caso acima a nossa shell irá criar um fork do nosso work, executar o nosso programa (que por sua vez também executa um fork mas não entra em questão aqui) e se o signal retornado pelo fork for 0 ele imprime uma mensagem, caso contrario ele imprime uma mensagem de erro, dessa maneira você pode orquestrar um shell scripting usando o própio retorno do processo ? Tente mudar o retorno do fork acima e verifique seu status usando funções providas pela <sys/wait.h>. No exemplo acima usamos apenas a call WIFEXITED e WEXITSTATUS, mas existem várias outras. Forks são de extrema importância para criação e gerenciamento de processos e iremos usar forks para que seja possível executar o programa que queremos debugar, dessa maneira o software em questão vai ser filho do nosso debugger, o que nós da total controle sobre o mesmo. Comentarios são todos bem vindos e todos os códigos usados estão disponíveis no github! ? Links úteis: Process Control fork wait Process State Fork Bomb - Cuidado com isso

Olá, neste artigo compartilharei um pouco da minha pesquisa no desenvolvimento de debuggers. No momento estou trabalhando em um protótipo de debugger para Linux, mas nada tão avançado quanto um gdb ou radare (muitas coisas são necessárias para chegar neste nível de maturidade de software). O desenvolvimento de debuggers é uma atividade muito interessante, já que, em sua forma mais básica, pode ser resumido em uma série de chamadas de sistema (syscalls) para que seja possível o controle do processo a ser depurado (muitas vezes chamado de debuggee) e de seus recursos, mas não vamos colocar a carroça na frente dos cavalos e vamos em partes. Antes de começarmos a discutir detalhes mais específicos acerca da depuração de processos, é necessário um entendimento básico de como os mesmos se comunicam na plataforma que vamos desenvolver o tal debugger, no nosso caso, UNIX-like. Inter-process communication (IPC) IPC é uma forma que processos podem utilizar para se comunicar dentro de um sistema operacional. Existem diversas maneiras de comunicação: via sinais (signals), sockets, etc, mas para a criação de um debugger é apenas necessário usar sinais para a execução. Sinais funcionam como uma notificação que pode ser enviada à um processo específico para avisar que algum evento ocorreu. É possível também programar um processo para reagir aos sinais de maneira não padrão. Se você já teve um uso razoável de Linux, você provavelmente já enviou sinais à um processo. Por exemplo, quando você aperta Ctrl+C para interromper a execução de um processo, é enviado um sinal do tipo SIGINT, que nada mais é que uma abreviação para Signal Interruption. Se o processo em questão não está preparado para reagir a este sinal, o mesmo é terminado. Por exemplo, considere o seguinte código: #include <stdio.h> int main(void) { while(1) printf("hi\n"); return 0; } Ao compilar e executar o código acima e apertar Ctrl+C, o mesmo encerra como esperado, porém podemos verificar que um SIGINT foi enviado usando a ferramenta ltrace, que além de listar chamadas a bibliotecas também mostra os sinais enviados ao processo: $ gcc -o hello hello.c $ ltrace ./hello Rode o comando acima e aperte Ctrl+C para verificar o sinal enviado! Programando reações a sinais A capacidade de enviar sinais a um processo nos dá a possibilidade de saber o que esta acontecendo com algum processo específico que estejamos depurando. Para programar reações a algum tipo de sinal, podemos incluir a biblioteca signal, para que possamos usar a função e estrutura (struct) sigaction: struct sigaction { void (*sa_handler)(int); void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); sigset_t sa_mask; int sa_flags; void (*sa_restorer)(void); }; int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); A struct sigaction nos permite adicionar handlers (tratadores) para nossos sinais, enviando o endereço de nossa função que realiza algum tipo de ação baseada no sinal enviado para o campo sa_handler(sigaction handler). Um handler neste contexto nada mais é que uma função que sempre vai ser chamada quando um dado sinal for enviado, dessa maneira podemos executar alguma ação quando recebermos um sinal. Já a função sigaction recebe o número do sinal, porém uma série de macros já são pré-definidas e podemos passar como argumento apenas o nome do sinal, como SIGINT por exemplo. A função recebe também a referência da struct previamente definida (struct sigaction) e, caso precise trocar um handler por outro, também recebe no último argumento (oldact) o handler anterior, para que possa ser feita a troca pelo novo. Como não é o nosso caso, vamos passar NULL neste último argumento. O código abaixo simula um uso de handlers de sinais, que imprime uma mensagem quando um sinal é enviado: #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> // sleep void simple_handler(int sig) { printf("Hello SIGINT\n"); } int main() { struct sigaction sig_handler = { simple_handler }; sigaction(SIGINT, &sig_handler, NULL); sleep(1000); return 0; } Ao executar o código acima, aperte Ctrl+C e veja que será imprimido a mensagem do nosso handler! O manual da signal contém uma tabela com todos os sinais usados por sistemas POSIX. Para enviarmos sinais facilmente em sistemas UNIX podemos usar o comando kill: $ kill -l O comando acima mostra todos os sinais e seus respectivos números, com isso podemos fazer algo interessante. Por exemplo, rode o código acima em um terminal separado e use o kill para se comunicar com o seu processo, assim: $ ps ax | grep simple_signal $ kill -2 <pid> Primeiro buscamos o PID do nosso processo então usamos o kill que espera como primeiro argumento numero do sinal (listado em kill -l) e o segundo o PID do processo alvo. Ao enviar o sinal, podemos ver que o nosso código reage aos sinais que foram associados a um handler especifico! Tente criar handlers para vários sinais e teste usando o comando kill. ? Abaixo um código para demonstrar um uso real de um software que escreve dados aleatórios nos arquivos temporários e antes de uma finalização abrupta, é deletado o que foi usado: #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> // Log errors void fatal(const char* err_msg) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", err_msg); } // Escreve algo random em um arquivo void random_work() { FILE* temp_files = fopen("/tmp/foo", "w"); if (!temp_files) { fatal("Cant open foo!"); } else { fprintf(temp_files, "%s", "Random random random!\n"); fclose(temp_files); } } // Handler para deleta arquivos criados void handler_termination(int sig) { // Verifica se existe usando a function access // Caso existe usa a syscall unlink para remover o arquivo if (access("/tmp/foo", R_OK) < 0) return; unlink("/tmp/foo"); printf("All clean! closing...\n"); } int main() { //struct sigaction que recebe a function handler_termination como valor do seu handler struct sigaction interruption_handler; interruption_handler.sa_handler = handler_termination; // Syscall sigaction que associa o nosso handler para um sinal especifico // O ultimo campo NULL, espera o handler anterior para que posso tornar o novo handler o default sigaction(SIGINT, &interruption_handler, NULL); random_work(); sleep(1000); handler_termination(0); return 0; } Dica: Dê uma olhada na tabela de sinais e crie handlers para o mesmo código acima! Para a construção do nosso debugger iremos focar mais no signal SIGTRAP, para que seja possível detectar se o nosso processo sofreu uma "trap" da CPU. Uma trap ocorre quando acontece alguma interrupção síncrona na execução, que faz o processo ficar parado até que o sistema operacional execute alguma ação. Isto será usado para implementar e interpretar breakpoints. Veremos tudo isso com mais detalhes em breve! Sinta-se livre para comentar e sugerir correções e melhorias. Até o próximo artigo! Links úteis: Syscall IPC CERO 11 – Linux Syscalls Syscalls, Kernel mode vs User mode Programação em C