strace跟踪多进程与内核的交互
1、ptrace的说明
ptrace原型：
#include <sys/ptrace.h> long ptrace(enum __ptrace_request request, pid_t pid, void *addr, void *data);
ptrace跟踪多进程时，需要通过ptrace(PTRACE_SETOPTIONS, tcp->pid, NULL, ptrace_setoptions)，即PTRACE_SETOPTIONS设置ptrace的相关属性，也就是将data指向的值设定为ptrace的选项，可选的有：
（1）PTRACE_O_TRACEFORK：被跟踪进程在下次调用fork()时停止执行，并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始运行就收到SIGSTOP信号。其新产生的进程的pid可以通过PTRACE_GETEVENTMSG得到（即：ptrace(PTRACE_GETEVENTMSG, child_waited, 0, &new_pid）。
（2） PTRACE_O_TRACEVFORK:被跟踪进程在下次调用vfork()时停止执行，并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始收到SIGSTOP信号。其新产生的进程的pid可以通过PTRACE_GETEVENTMSG得到。
（3） PTRACE_O_TRACECLONE:被跟踪进程在下一次调用clone()时将其停止，并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始收到SIGSTOP信号。其新产生的进程的pid可以通过PTRACE_GETEVENTMSG得到。
（4）PTRACE_O_TRACEEXEC:被跟踪进程在下一次调用exec()函数时使其停止，PTRACE_GETEVENTMSG可用于获取发生execve的old_pid（即：ptrace(PTRACE_GETEVENTMSG, pid, NULL, (long) &old_pid)）。
（5）PTRACE_O_EXITKILL:当跟踪进程退出时，向所有被跟踪进程发送SIGKILL信号将其退出，这个参数可以防止被跟踪进程脱离跟踪进程的控制。
（6）PTRACE_O_TRACEEXIT:被跟踪进程在退出是停止其执行，被跟踪进程的退出状态可通过PTRACE_GETEVENTMSG获得。
2、strace与linux内核的交互
strace-4.8，linux-3.10.1
以下就针对上面加粗部分，分析strace对新进程的处理以及linux内核对这部分功能的支持
fork、vfork、clone系统调用最后都会调用do_fork，只是传递的参数不同。
SYSCALL_DEFINE0(fork) { #ifdef CONFIG_MMU return do_fork(SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL); #else /* can not support in nommu mode */ return(-EINVAL); #endif }
SYSCALL_DEFINE0(vfork) { return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL); }
SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp, int __user *, parent_tidptr, int __user *, child_tidptr, int, tls_val) { return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr); }
在do_fork中，此处截取和ptrace相关的部分：
long do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start, unsigned long stack_size, int __user *parent_tidptr, int __user *child_tidptr) { ... /* * Determine whether and which event to report to ptracer. When * called from kernel_thread or CLONE_UNTRACED is explicitly * requested, no event is reported; otherwise, report if the event * for the type of forking is enabled. */ if (!(clone_flags & CLONE_UNTRACED)) { if (clone_flags & CLONE_VFORK)//根据cloneflags判断陷入strace的event trace = PTRACE_EVENT_VFORK; else if ((clone_flags & CSIGNAL) != SIGCHLD) trace = PTRACE_EVENT_CLONE; else trace = PTRACE_EVENT_FORK; if (likely(!ptrace_event_enabled(current, trace)))//if（value）,判断task->ptrace没设置该ptrace event则将trace置0 trace = 0; } p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size, child_tidptr, NULL, trace);//trace是ptrace中相应的setoptions（fork等陷入 /* * Do this prior waking up the new thread - the thread pointer * might get invalid after that point, if the thread exits quickly. */ if (!IS_ERR(p)) { struct completion vfork; trace_sched_process_fork(current, p); nr = task_pid_vnr(p); ... wake_up_new_task(p);//将进程唤醒并添加到就绪队列中等待调度 /* forking complete and child started to run, tell ptracer*/ if (unlikely(trace))//不进入执行可能性大，但是如果strace设置了该trace事件陷入，则进入执行 ptrace_event(trace, nr);//此处nr是子进程pid，为了让strace可以通过PTRACE_GETEVENTMSG获得该子进程pid ... } else { nr = PTR_ERR(p); } return nr; }
在copy_process中，有
if (likely(p->pid)) { ptrace_init_task(p, (clone_flags & CLONE_PTRACE) || trace);//设置子进程被ptrace ... }
最重要的部分，对应“并自动跟踪新产生的进程，新产生的进程刚开始运行就收到SIGSTOP信号”：
/** * ptrace_init_task - initialize ptrace state for a new child * @child: new child task * @ptrace: true if child should be ptrace'd by parent's tracer * * This is called immediately after adding @child to its parent's children * list. @ptrace is false in the normal case, and true to ptrace @child. * * Called with current's siglock and write_lock_irq(&tasklist_lock) held. */ static inline void ptrace_init_task(struct task_struct *child, bool ptrace) {//设置子进程ptrace，如果子进程应该被追踪父进程的strace追踪的话，此ptrace值为1 INIT_LIST_HEAD(&child->ptrace_entry); INIT_LIST_HEAD(&child->ptraced); #ifdef CONFIG_HAVE_HW_BREAKPOINT atomic_set(&child->ptrace_bp_refcnt, 1); #endif child->jobctl = 0; child->ptrace = 0; child->parent = child->real_parent; if (unlikely(ptrace) && current->ptrace) { //父进程被trace的标志给子进程，因为有了相应的ptrace标志（PT_TRACED），导致内核在投递信号时，先检查task_struct的ptrace字段的该标志，若有，则设置进程状态TASK_STOPPED,以中断执行子进程，而后notify_parent和CHLD信号用于通知tracer，tracer可设置PTRACE_SYSCALL使该进程之后发生和完成syscall也会陷入到strace，即没通过attach做这个跟踪，而是内核直接设置了标志，更加直接，不用用户层的系统调用ptrace child->ptrace = current->ptrace; __ptrace_link(child, current->parent); if (child->ptrace & PT_SEIZED) task_set_jobctl_pending(child, JOBCTL_TRAP_STOP); else sigaddset(&child->pending.signal, SIGSTOP);//给子进程child设置SIGSTOP信号 set_tsk_thread_flag(child, TIF_SIGPENDING);//给子进程child设置TIF_SIGPENDING标志，说明该进程有延迟的信号（SIGSTOP）要等待处理。该子进程被调度时，在进程返回用户空间前，会调用do_notify_resume()处理该进程的信号 } }
此处就设置了子进程有未处理的SIGSTOP信号，导致该子进程被调度时，收到SIGSTOP信号，又因为该子进程被strace跟踪，所以该子进程因SIGSTOP陷入到strace中，strace就在第一时刻捕获到该子进程，strace会发现已被追踪链表中没有该子进程pid，则为该子进程新建file和tcb，并设置相应option。
进程的do_fork中在copy_process后会wake_up_new_process把子进程放到运行队列中，然后执行到ptrace_event，会导致父进程SIGTRAP陷入到strace中。此处对应“被跟踪进程在下次调用fork()时停止执行，新产生的进程的pid可以通过PTRACE_GETEVENTMSG得到”：
/** * ptrace_event - possibly stop for a ptrace event notification * @event: %PTRACE_EVENT_* value to report * @message: value for %PTRACE_GETEVENTMSG to return * * Check whether @event is enabled and, if so, report @event and @message * to the ptrace parent. * * Called without locks. */ static inline void ptrace_event(int event, unsigned long message) { if (unlikely(ptrace_event_enabled(current, event))) { current->ptrace_message = message;//让PTRACE_GETEVENTMSG可获得fork等的子进程pid（strace没用这个，strace是通过wait到新pid就是新进程，但获取发生execve的old_pid用 ptrace_notify((event << 8) | SIGTRAP);//如果ptrace设置了该event事件选项，则SIGTRAP陷入strace程序（可以通过geteventmsg得到old_pid } else if (event == PTRACE_EVENT_EXEC) {//发生execve则SIGTRAP陷入strace /* legacy EXEC report via SIGTRAP */ if ((current->ptrace & (PT_PTRACED|PT_SEIZED)) == PT_PTRACED) send_sig(SIGTRAP, current, 0); } }
补充：
用户态：ptrace(PTRACE_GETEVENTMSG, pid, NULL, (long) &old_pid)
走到内核是:SYSCALL_DEFINE4(ptrace, long, request, long, pid, unsigned long, addr,unsigned long, data)->arch_ptrace->ptrace_request->ret = put_user(child->ptrace_message, datalp);也就是这样把message传给用户态来获取。
