用ptrace实现进程间通信--after的实现

时间：2006-04-22 来源：xiaosuo

背景：
在有的情况下我们不得不监视一个已经运行的进程的结束，比如说在睡觉之前我想升级我的Gentoo系统，所以我运行了emerge -aDNtuv world，可是在我想睡觉的时候发现升级还没有完成，当然这和我事先对时间估计不足有关，为了节省电能，我不得不监视进程的结束，然后运行shutdown -h now命令。如果不这样，直接打断进程的执行，将会更加麻烦。比较普遍的做法是，自己写一个脚本监视进程的结束，如下：

while : ; do
        ps -C $prog &> /dev/null
        if [ $? -ne 0 ]; then
                break;
        fi
        echo $prog is running! try it 5 minutes later!
        sleep 300
done

基本要求实现了，但现在有两个问题:

用轮询的方式效率不高，浪费系统资源。
不能够及时的发现进程的终止，精度不够高。

所以需要一种机制，能够实时获得已运行进程的结束。
ptrace：
ptrace是内核为调试程序留的系统调试接口，gdb，strace都是用这个系统调用实现的。ptrace不仅能够跟踪调试进程的子进程，还能attach到一个正在运行的进程上，进程实时监控。当ptrace请求attach到一个进程时，kernel先进程权限的检查，如果权限允许，那么attach成功，被attach的进程在形式上将成为执行attach调用的子进程。其效果和执行了PTRACE_TRACEME的效果一样，当其接收到除SIGKILL外的任何信号时，他将向监视进程发送SIGCHLD信号报告自己收到了信号，然后停止运行等待监视进程做出决策，监视进程可以用信号SIGCHLD的信号处理函数和wait调用得到这个Notify，然后决策！另外当其执行类似exec的系统调用转而执行别的命令的时候，如果监视进程想要，它会向监视进程传递SIGTRAP信号。
实现：
我们可应用ptrace实现我们的目的。具体代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

static int sig_received = 0;

void sig_handler(int signo)
{
        sig_received = 1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
        pid_t ret;
        pid_t child;
        int i;

        if(argc != 2){
                fprintf(stderr, "Usage: %s pid\n", argv[0]);
                exit(1);
        }
        signal(SIGCHLD, sig_handler);

        /* check the parameter */
        for(i = 0; argv[1][i] >= '0' && argv[1][i] <= '9'; i ++) ;
        if(argv[1][i] != '\0'){
                fprintf(stderr, "Usage: %s pid\n", argv[0]);
                exit(1);
        }
        child = atoi(argv[1]);

        if(ptrace(PTRACE_ATTACH, child, NULL, NULL) == -1){
                perror("ptrace");
                exit(1);
        }
        while(1){
                if(sig_received){
                        /* check if the process exists */
                        ret = waitpid(child, NULL, WNOHANG);
                        if(ret == -1){
                                if(errno == ECHILD){ /* the child has exit */
                                        return 0;
                                }
                                perror("waitpid");
                                exit(1);
                        }
                        /* child is running, let it continue */
                        sig_received = 0; /* must before ptrace */
                        if(ptrace(PTRACE_CONT, child, NULL, SIGCHLD) == -1){
                                perror("ptrace");
                                exit(1);
                        }
                }
                ret = wait(NULL); /* wait a signal */
                if(ret == -1){
                        if(errno == EINTR) continue;
                        perror("wait");
                        exit(1);
                }else{
                        continue; /* received signal from the child */
                }
        }

        return 0;
}

局限性:

不能监视没有attach权限的进程。
如果被监视进程中有很多信号出现的话，可能会导致其执行效率下降。

总结：
这里只是给出了ptrace调用在等待一个进程退出时的应用，开动脑筋，应该还能应用于其它非父子关系的进程间通信！