exec-rlimit-ptrace

fork-МАГИЯ-exec

Системный вызов exec

Формальное описание системного вызова exec: man 2 execve

Системный вызов exec предназначен для замены программы текущего процесса. Как правило, используется совместно с fork, но не обязательно.

Си-оболочки для системного вызова exec имеют несколько разных сигнатур.

int execve(const char *filename,
           char *const argv[],
           char *const envp[]);           
int execvpe(.....) // параметры аналогично execve

int execv(const char *filename, char *const argv[])
int execvp(......) // параметры аналогично execv

int execle(const char *filename,
           const char arg0, ..., /* NULL */,
           const char env0, ..., /* NULL */);

int execl(const char *filename,
          const char arg0, ..., /* NULL */);
int execlp(......) // параметры аналогично execl

Различные буквы в суффиксах названий exec означают?

• v или l - параметры передаются в виде массивов (v), заканчивающихся элементом NULL, либо в виде переменного количества аргументов (l), где признаком конца перечисления аргументов является значение NULL.
• e - кроме аргументов программы передаются переменные окружения в виде строк КЛЮЧ=ЗНАЧЕНИЕ.
• p - именем программы может быть не только имя файла, но и имя, которое нужно найти в одном из каталогов, перечисленных в переменной окружения PATH.

Возвращаемым значением exec может быть только значение -1 (признак ошибки). В случае успеха, возвращаемое значение уже в принципе не имеет никакого смысла, поскольку будет выполняться другая программа.

Аргументы программы - это то, что передаётся в функцию main (на самом деле, они доступны из _start, поскольку располагаются на стеке). Первым аргументом (с индексом 0), как правило, является имя программы, но это не является обязательным требованием.

Классическим способом запуска новой программы является пара системных вызовов:

if (0 == fork) {
  execlp(program, program, NULL);
  perror("exec"); exit(1);
}

Замена выполняемой программы с помощью exec оставляет неизменным многие аттрибуты процесса, например, открытые файловые дескрипторы, лимиты, и переменные окружения, установленные через setenv.

Таким образом, между вызовами fork и exec можно провести дополнительную настройку программы перед выполнением.

if (0 == fork) {
  // Заменить стандартные потоки ввода/вывода на файлы
  // (имитация операции >ВЫХОД <ВХОД в bash)
  close(0);
  close(1);
  /* 0 = */ open(in_file, O_RDONLY);
  /* 1 = */ open(out_file, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0640);

  execlp(program, program, NULL);
  perror("exec"); exit(1);
}

Для того, чтобы случайно (в достаточно больших программах) не передать открытый файловый дескриптор новой программе, в системном вызове open предусмотрен флаг открытия O_CLOEXEC, который означает, что файл должен быть закрыт при вызове exec.

Лимиты

С процессом связаны некоторые лимиты (ограничения) на используемое процессорное время, максимальный объём памяти, количество файловых дескрипторов, процессов и т. д.

Лимиты подразделяются на жёсткие, которые обычные пользователи могут только уменьшать (хотя root может и увеличивать), и мягкие, которые де-факто являются значениями по умолчанию, и их можно увеличить до жёсткого лимита.

Примерами жёстких лимитов являются ограничения на количество процессов или объём доступной памяти. Пример мягкого лимита - это размер стека, который по умолчанию в Linux равен 8Мб, но может быть изменен произвольным образом, в том числе в большую сторону.

Поскольку изменение размера стека - очень опасная операция, которая может нарушить структуру размещения данных в памяти, изменять этот лимит можно только до запуска функции main, либо непосредственно перед выполнением exec. В противном случае, поведение программы не определено.

Получение и установка лимитов осуществляются с помощью системных вызовов getrlimit и setrlimit.

Примеры лимитов см. в get_limits.c.

Пример изменения размера стека см. в shell_with_custom_stack_size.c.

Трассировка выполнения программы

В Linux (не POSIX!) имеется системный вывов ptrace, назначение которого - обеспечить возможность отладки.

Первым аргументом ptrace является команда, а дальше - некоторое количество аргументов команды.

Если между вызовами fork и exec выполнить ptrace(PTRACE_TRACEME,0,0,0), то процесс будет приостановлен до тех пор, пока к нему не подключится отладчик, либо программа, которая ведёт себя подобно отладчику, и не разрешит продолжить выполнение дальше.

Некоторые команды, которые программа-"отладчик" может посылать исследуемому процессу:

• PTRACE_CONT, pid, 0, signo - продолжить выполнение процесса. Если signo не 0, то отправляется сигнал.
• PTRACE_SINGLESTEP, pid, 0, 0 - выполнить одну инструкцию.
• PTRACE_SYSCALL, pid, 0, 0 - продолжить выполнение до системного вызова.
• PTRACE_GETREGS, pid, 0, &state) - получить значение регистров процессора и сохранить в структуру user_regs_state, объявленную в файле <sys/user.h>.
• PTRACE_SETREGS, pid, 0, &state) - модифицировать регистры процессора.
• PTRACE_PEEKDATA, pid, addr, 0 - прочитать одно машинное слово из памяти процесса по указанному адресу addr.
• PTRACE_POKEDATA, pid, addr, data - записать одно машинное слово data в память процесса по указанному адресу addr.

Пример перехвата системного вызова write, который цензурирует нехорошее английское слово в тексте вывода см. в ptrace_catch_string.c.