怎么使用Ptrace去拦截和仿真Linux系统调用

Ptrace是一种系统调用，它可以用于拦截和仿真Linux 系统调用。使用Ptrace,跟踪器可以暂停被跟踪进程，检查和设置寄存器和内存，监视系统调用，甚至拦截系统调用。通过拦截，跟踪器可以改变系统调用参数，改变系统调用返回值，甚至阻止某些系统调用。这意味着跟踪器可以完全服务于系统调用本身，模拟整个操作系统，而且是在Ptrace之外的内核没有任何特殊帮助的情况下完成的 。

什么是Ptrace?

Ptrace(Process Tracing)是Linux内核提供的一种进程间调试和跟踪技术，它允许一个进程(称为父进程或追踪者)在另一个进程(称为被追踪进程或目标进程)上设置断点、查看内存和寄存器状态、执行系统调用等，Ptrace的主要作用是帮助开发者调试和分析程序的运行过程，以及在必要时拦截和仿真目标进程的系统调用。

如何使用Ptrace拦截和仿真Linux系统调用？

1、创建子进程

我们需要创建一个子进程，在Linux系统中，可以使用fork()函数来创建一个子进程，创建成功后，子进程将继承父进程的资源，包括文件描述符、打开的文件等。

include <unistd.h>
include <sys/types.h>
int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
    } else {
        // fork失败
    }
    return 0;
}

2、设置Ptrace标志

在父进程中，我们需要设置Ptrace标志，以便在子进程上进行跟踪，可以通过修改子进程的ucontext结构体来实现。

include <ucontext.h>
include <sys/user.h>
include <sys/ptrace.h>
include <sys/types.h>
include <errno.h>
include <stdio.h>
include <stdlib.h>
include <string.h>
include <assert.h>
include <signal.h>
int main() {
    pid_t child_pid = fork();
    if (child_pid == 0) {
        // 子进程
        ucontext_t parent_ctx, child_ctx;
        getcontext(&parent_ctx);
        parent_ctx.uc_link = &child_ctx;
        setcontext(&parent_ctx);
        execl("/bin/ls", "ls", NULL); // 以ls命令作为示例，实际使用时替换为需要仿真的程序路径
        assert(false && "execl failed"); // 如果execl执行失败，说明已经进入目标程序，此时可以认为已经成功拦截到目标进程
    } else if (child_pid > 0) {
        // 父进程
        pid_t tracer_pid = ptrace(PTRACE_TRACEME, child_pid, NULL, NULL); // 在自己身上设置PTRACE_TRACEME标志，表示自己也希望被跟踪
        if (tracer_pid == -1) {
            perror("ptrace"); // 如果设置失败，输出错误信息
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else {
            printf("Successfully traced process %d
", child_pid); // 如果设置成功，输出成功信息
        }
    } else {
        // fork失败
        perror("fork"); // 输出错误信息
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return 0;
}

3、在子进程中设置断点和查看系统调用状态

在子进程中，我们可以在关键位置设置断点，然后等待父进程发起跟踪请求，我们还可以查看当前系统调用的状态，以便更好地分析程序的行为，可以使用siginfo_t结构体来获取系统调用的信息。

include <signal.h>
include <stdio.h>
include <string.h>
include <sys/ptrace.h>
include <sys/wait.h>
include <unistd.h>
include <linux/sched.h> // 需要包含该头文件以使用prctl()函数，用于设置系统调用的状态信息
include <asm/unistd.h> // 需要包含该头文件以使用SYSCALL()宏，用于模拟系统调用的入口点和返回值检查
define _GNU_SOURCE // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define _XOPEN_SOURCE // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define _POSIX_C_SOURCE // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define _BSD_SOURCE // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define _DEFAULT_SOURCE // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_MISC // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_BSD // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_XOPEN // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_GNU // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_MISC // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_BSD // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_XOPEN // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
define __USE_GNU // 需要定义该宏以支持glibc中的某些函数和数据结构，如getauxval()函数和struct user_regs_struct结构体等
// ... 其他需要包含的头文件和宏定义 ...