feat(ptrace):

[oeasy1412]

feat(ptrace): 完整实现ptrace系统调用与信号/系统调用跟踪机制

概述

本PR为DragonOS实现了Linux兼容的ptrace系统调用，覆盖传统attach模式与seize模式（PTRACE_SEIZE/INTERRUPT/LISTEN）的完整跟踪语义。

核心交付：完整的ptrace状态机、信号递送路径的ptrace_signal拦截、系统调用入口/出口stop、进程生命周期事件（fork/clone/exec/exit/seccomp）上报，以及/proc/[pid]/mem跨进程内存访问。

主要功能

1. ptrace关系建立与解除

• PTRACE_TRACEME：子进程主动声明被父进程跟踪，含traceme_allowed权限校验
• PTRACE_ATTACH：附加到任意进程。正确处理“目标已处于group-stop”场景——直接将group-stop转为ptrace-stop，否则发送SIGSTOP
• PTRACE_SEIZE：seize模式附加，不发SIGSTOP，设置PT_SEIZED与选项位
• PTRACE_DETACH：解除关系并可选注入信号，正确处理exit_ptrace级联释放

2. tracee执行恢复

• PTRACE_CONT：恢复执行，支持注入信号
• PTRACE_SYSCALL：单步到下一次系统调用入口/出口
• PTRACE_SINGLESTEP：单步执行一条指令（置RFLAGS.TF）
• PTRACE_SYSEMU / PTRACE_SYSEMU_SINGLESTEP：仿真模式，跳过真实系统调用执行

3. seize模式操作

• PTRACE_INTERRUPT：让运行中的seized tracee进入ptrace-stop
• PTRACE_LISTEN：使tracee脱离ptrace-stop但保持stopped状态（不阻塞group-stop语义）
• PTRACE_EVENT_STOP编码（(Stop<<8)|signal），对齐seize/group-stop/INTERRUPT的重陷路径

4. 寄存器与内存访问

• PTRACE_GETREGS / PTRACE_SETREGS：读写user_regs_struct，段选择子校验防止清IF导致用户态挂死
• PTRACE_GETREGSET / PTRACE_SETREGSET（NT_PRSTATUS）
• PTRACE_PEEKUSER / PTRACE_POKEUSER：含调试寄存器（DR0-DR7）读写
• PTRACE_PEEKDATA/PEEKTEXT / PTRACE_POKEDATA/POKETEXT：正确处理跨页word访问
• PTRACE_GETREGS配合GETREGS读取系统调用号

5. 信号与siginfo

• PTRACE_GETSIGINFO / PTRACE_SETSIGINFO：读写last_siginfo
• PTRACE_GETSIGMASK / PTRACE_SETSIGMASK：读写阻塞掩码（SIGKILL/SIGSTOP不可阻塞）
• signal-delivery-stop：被跟踪任务的所有非SIGKILL信号先交由tracer决策，tracer可抑制或改写信号号

6. 选项与事件

• PTRACE_SETOPTIONS：TRACESYSGOOD/TRACEFORK/TRACEVFORK/TRACECLONE/TRACEEXEC/TRACEVFORKDONE/TRACEEXIT/TRACESECCOMP/EXITKILL/SUSPEND_SECCOMP
• PTRACE_GETEVENTMSG：读取最近事件message（fork的child pid等）
• PTRACE_GET_SYSCALL_INFO：返回ptrace_syscall_info结构

7. 调试陷阱处理（x86_64）

• do_int3（软件断点）：traced用户态触发ptrace_notify(SIGTRAP, TRAP_BRKPT)
• do_debug（单步/硬件断点）：解析DR6区分X86_DR_BS（单步，TRAP_TRACE）与X86_DR_B_MASK（硬件断点，TRAP_HWBKPT）

8. /proc/[pid]/mem

• 新增/proc/[pid]/mem与/proc/[tid]/mem，文件偏移即目标进程用户虚拟地址，复用ptrace的页表翻译+缺页fault-in路径

核心实现

新增文件

• kernel/src/process/syscall/sys_personality.rs — personality系统调用（调试器依赖ADDR_COMPAT_LAYOUT等执行域标志）
• kernel/src/filesystem/procfs/pid/mem.rs — /proc/[pid]/mem文件操作
• user/apps/c_unitest/test_ptrace.c — ptrace功能测试用例

核心文件

• kernel/src/process/ptrace.rs — ptrace状态机与全部PCB方法
  • PtraceState：跟踪exit_code/injected_signal/last_siginfo/event_message/options/listening/in_ptrace_stop/forced_trap_flag/debug_regs等
  • ptrace_stop：进入ptrace-stop的核心阻塞与唤醒机制
  • ptrace_signal：信号递送路径的拦截hook
  • ptrace_notify / ptrace_event / ptrace_event_stop：trap与事件通知
  • ptrace_resume：CONT/SYSCALL/SINGLESTEP/SYSEMU恢复逻辑
  • ptrace_report_syscall：系统调用入口/出口stop
  • ptrace_interrupt / ptrace_listen / ptrace_trap_notify：seize模式操作
  • exit_ptrace：tracer退出时级联解除所有tracee关系
  • 关系建立采用PTRACE_RELATION_LOCK（关IRQ自旋锁）保护，TRAPPING位处理attach期间的竞态
• kernel/src/process/syscall/sys_ptrace.rs — 请求分发、参数校验、ptrace_check_attach前置检查

修改文件

• kernel/src/process/state.rs — 新增PT_SEIZED/TRAPPING/PENDING_PTRACE_STOP标志位；ProcessFlags重构为AtomicProcessFlags（原子存储，支持ptrace路径并发安全读写）
• kernel/src/syscall/mod.rs — 系统调用分发集成：入口ptrace_report_syscall(entry)（含SYSEMU跳过）+ 出口统一ptrace_report_syscall(exit)；ptrace后重取syscall号/参数再过seccomp
• kernel/src/arch/x86_64/syscall/mod.rs — syscall入口无条件置rax=-ENOSYS（先于ptrace/seccomp）；返回用户态前处理ptrace-stop；IA32_FMASK配置
• kernel/src/arch/x86_64/ipc/signal.rs — do_signal集成signal-delivery-stop；返回用户态前检查PENDING_PTRACE_STOP发起PTRACE_EVENT_STOP；sigreturn改用异常表保护读取
• kernel/src/arch/x86_64/interrupt/trap.rs — do_debug/do_int3的ptrace stop分支
• kernel/src/ipc/signal.rs — 被跟踪任务的非SIGKILL信号不视为ignored；seized tracee的SIGCONT走ptrace_trap_notify而非直接唤醒
• kernel/src/ipc/sighand.rs — ptrace_participate_group_stop
• kernel/src/ipc/signal_types.rs — SigInfo::from_posix、set_signo、PosixSigInfo::Default
• kernel/src/process/fork.rs — ptrace_report_fork_event（按exit_signal!=SIGCHLD区分FORK/CLONE）；子侧attach在wake_up_new_task之后上报，避免死锁；继承personality
• kernel/src/process/execve.rs — PTRACE_EVENT_EXEC上报old_vpid；非seized传统attach发裸SIGTRAP
• kernel/src/process/exit.rs — WaitRelation::Ptraced；ptraced zombie可见性门控（tracer ack前对real_parent不可见）；notify_real_parent_after_ptrace_ack级联通知
• kernel/src/process/seccomp.rs — SECCOMP_RET_TRACE集成PTRACE_EVENT_SECCOMP（含recheck防重入、tracer改写syscall号/跳过）
• kernel/src/syscall/user_access.rs — 新增read_one_from_user_protected

测试验证

自测用例输出

• user/apps/c_unitest/test_ptrace.c

gVisor测试

• 将ptrace_test纳入 gvisor syscall 测试 whitelist （blocklist暂时需要屏蔽PtraceTest.Int3）

构建集成

• user/apps/default.nix 新增静态链接的 strace 与 gdb，便于真实验证

后续工作

• 多线程tracee的线程级事件（PTRACE_O_TRACECLONE子线程自动attach等）
• PTRACE_GETREGSET/SETREGSET扩展更多note type（FP/XSTATE等）