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一个简单的linux调试器-part-1

发表于 更新于 分类于

记录调试器的学习，既然是自己的读书笔记，我就记录自己不会的和想弄懂的部分，大牛勿喷

原文地址：https://blog.tartanllama.xyz/writing-a-linux-debugger-setup/

前提准备

两个github项目的导入
Linenoise 用来处理命令行输入相关的部分，包括自动补全，历史记录等等
libelfin 处理调试符号部分所需头文件

正式开始

一个调试器的框架:

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int main(int argc, char* argv[]) {
  if (argc < 2) {
    std::cerr << "Program name not specified";
    return -1;
  }

  auto prog = argv[1];

  auto pid = fork();
  if (pid == 0) {
    //we're in the child process
    //execute debugee

  }
  else if (pid >= 1)  {
    //we're in the parent process
    //execute debugger
  }
}

先说题外，关键字auto用于声明变量的生存期为自动，所有的变量默认就是auto的。没有任何意义
进入正题，先是一个fork函数。
先看fork函数，其原型pid_t fork( void)
大概就是，进程通过fork函数获得一个新进程，返回两次，一次返回到父进程，还有一次子进程
两次返回的唯一区别是子进程中返回0值而父进程中返回子进程ID。
接下来的if-else很明显是分别处理子父进程的

既然写的是调试器，那么父进程是属于调试器，那么子进程就必须加载被调试进程
这个时候

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ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, nullptr, nullptr);
execl(prog, prog, nullptr);

我们查看一下ptrace函数的原型， 

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long ptrace(int request, pid_t pid, void * addr, void * data)

ptrace 百度百科的简单解释为进程跟踪，可以用来跟踪进程，可以用来跟踪子进程的运行，包括读取子进程寄存器的值，对子进程执行单步功能；
具体执行行为取决于ptrace函数的第一个参数request，经常用的有PTRACE_ME 这个参数通常由子进程调用，用来告诉父进程：来跟踪我吧。。。，这个时候其他参数是无所谓的了
再有PTRACE_PEEKUSER参数，可以用来读取寄存器的值，因为发生系统调用后，计算机会将系统调用号保留到寄存器eax中；而这个参数可以用来读取这个系统调用号的。等等
更多参见
ptrace运行原理及使用详解
Linux源码分析之Ptrace
pid参数，则是指被跟踪进程的进程ID,addr参数则是一个内存地址，data参数则是指某些特殊request的resources
而execl函数则是用来运行指定程序的，由第一个参数和第二个参数指定具体程序
这样就实现了进程附载
这样就实现了子进程的部分，接下来来看父进程部分
如作者所写，为了与子进程进行通信交互；作者建了一个debugger类，并且添加了一个类函数run用来循环监听用户输入，以便由用户进行单步、下断点等操作。并且通过父进程在main函数中执行这个类函数。debugger类的大体代码如下

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class debugger {
public:
    debugger (std::string prog_name, pid_t pid)
        : m_prog_name{std::move(prog_name)}, m_pid{pid} {}

    void run(){
      int wait_status;
      auto options = 0;
      waitpid(m_pid, &wait_status, options);

      char* line = nullptr;
      while((line = linenoise("minidbg> ")) != nullptr) {
          handle_command(line);
          linenoiseHistoryAdd(line);
          linenoiseFree(line);
      }
    }

private:
    std::string m_prog_name;
    pid_t m_pid;
};

首先，当被调试的进程执行后，它将发出一个SIGTRAP信号，用来表示被跟踪或遇到断点，而waitpid函数就是用来等待这个信号的，waitpid具体分析见深入浅出—unix多进程编程之wait()和waitpid()函数
我们主要关注的是这个循环，首先这个循环是一直等待用户输入直到输入EOF,方才退出循环的。
再看循环内部，首先一个handle_command函数，毫无疑问是根据我们约定的符号进入对应的命令处理的，包括单步、断点等等，这个函数具体代码如下

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void debugger::handle_command(const std::string& line) {
    auto args = split(line,' ');
    auto command = args[0];
    if (is_prefix(command, "continue")) {
        continue_execution();
    }
    else {
        std::cerr << "Unknown command\n";
    }
}

而后就用到了我们之前用的两个支持库之一用来将命令加入历史，并释放资源

处理输入

最后，这一部分，处理问题，实质上就是处理输入的字符串，不同的字符串对应不同命令处理流程，作者为了接近与gdb和lldb用了类似的字符串， 其处理函数handle_command 上面已给出
我们来看看这个部分函数,split函数和is_prefix函数就不具体分析，代码如下

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std::vector<std::string> split(const std::string &s, char delimiter) {
    std::vector<std::string> out{};
    std::stringstream ss {s};
    std::string item;

    while (std::getline(ss,item,delimiter)) {
        out.push_back(item);
    }

    return out;
}

bool is_prefix(const std::string& s, const std::string& of) {
    if (s.size() > of.size()) return false;
    return std::equal(s.begin(), s.end(), of.begin());
}

我们具体看看continue_execution函数，先放代码

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void debugger::continue_execution() {
    ptrace(PTRACE_CONT, m_pid, nullptr, nullptr);

    int wait_status;
    auto options = 0;
    waitpid(m_pid, &wait_status, options);
}

由于是对子进程的操作，那么有用到了我们的ptrace函数，这里第一个request参数用的是PTRACE_CONT，用来继续子进程，接下来的waitpid函数又是用来等待信号的.

至此，第一部分分析完毕，在下分析浅薄，如有不对或者不够好的地方，望指摘。