在kernel中如何实现应用层程序执行时候的指令监控和打印

在 Linux 内核中，可以使用 kprobes 和 uprobes 机制来实现对应用层程序执行时的指令监控和打印。

kprobes 允许在内核代码的任何位置动态地插入一个断点，而 uprobes 允许在用户空间程序的任何位置动态地插入一个断点。这样，我们可以通过这些断点来监控应用程序的执行情况，并打印出相应的信息。

下面是一个简单的示例，展示如何使用 uprobes 机制来监控一个应用程序的执行情况：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int x = 10;
    int y = 20;
    int z = x + y;

    printf("z = %d\n", z);

    return 0;
}

首先，我们需要在内核中注册一个 uprobes 事件。可以使用 register_uprobe() 函数来实现：

#include <linux/uprobes.h>

static struct uprobe my_uprobe = {
    .handler = my_uprobe_handler,
    .uprobes_consumer = UPROBES_CONSUMER_USER,
    .refctr_offset = offsetof(struct printf_arg, refcount),
    .offset = 0, // 要监控的函数偏移量
    .insn = NULL, // 自动计算
};

static int __init my_module_init(void)
{
    int ret;

    // 注册 uprobes 事件
    my_uprobe.offset = (unsigned long) my_printf;
    ret = register_uprobe(&my_uprobe);
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register uprobe: %d\n", ret);
        return ret;
    }

    printk(KERN_INFO "Registered uprobe: %pF\n", my_printf);

    return 0;
}

在这里，我们将监控的函数设置为 my_printf 函数的起始地址，并将 refctr_offset 设置为 struct printf_arg 结构体中的 refcount 成员的偏移量。这是因为，在 printf 函数中，refcount 成员会被引用，我们可以通过该成员来判断 printf 函数是否被调用。

接下来，我们还需要实现一个 uprobes 事件处理函数，该函数将在应用程序执行到监控点时被调用：

static int my_uprobe_handler(struct uprobe *uprobe,
                             struct pt_regs *regs)
{
    // 检查 refcount 是否为 1
    struct printf_arg *arg = (struct printf_arg *) regs->si;
    if (arg->refcount > 1) {
        return UPROBE_HANDLED;
    }

    // 打印监控信息
    printk(KERN_INFO "my_printf called at %pF\n", regs->ip);

    return UPROBE_HANDLED;
}

在这个处理函数中，我们首先检查 refcount 是否为 1，如果不是，说明 printf 函数还没有被完全调用。如果 refcount 为 1，说明 printf 函数被完全调用，我们可以打印出监控信息，例如函数地址和参数值等。

最后，我们需要在模块卸载时取消注册 uprobes 事件：

static void __exit my_module_exit(void)
{
    // 取消注册 uprobes 事件
    unregister_uprobe(&my_uprobe);
    printk(KERN_INFO "Unregistered uprobe\n");
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

在这个示例中，我们展示了如何使用 uprobes 机制来监控应用程序的执行情况并打印监控信息。类似地，我们也可以使用 kprobes 机制来监控内核代码的执行情况并打印相应的信息。