process_vm_readv和process_vm_writev系统调用的用法及示例

process_vm_readv 和 process_vm_writev 是 Linux 提供的系统调用，允许一个进程直接读写另一个进程的内存空间，常用于高效进程间通信（IPC）。以下是它们的用法和示例：

1. 函数原型

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#include <sys/uio.h>

ssize_t process_vm_readv(pid_t pid,
                         const struct iovec *local_iov,
                         unsigned long local_iovcnt,
                         const struct iovec *remote_iov,
                         unsigned long remote_iovcnt,
                         unsigned long flags);

ssize_t process_vm_writev(pid_t pid,
                          const struct iovec *local_iov,
                          unsigned long local_iovcnt,
                          const struct iovec *remote_iov,
                          unsigned long remote_iovcnt,
                          unsigned long flags);

参数说明

  • pid: 目标进程的进程 ID。
  • local_iov: 指向本地 iovec 结构数组的指针，描述本地缓冲区的地址和长度。
  • local_iovcnt: 本地 iovec 数组的元素数量。
  • remote_iov: 指向目标进程 iovec 结构数组的指针，描述目标进程内存的地址和长度。
  • remote_iovcnt: 目标进程 iovec 数组的元素数量。
  • flags: 保留参数，通常设为 0。

2. 示例代码

示例 1：读取目标进程的内存

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/uio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t target_pid = 1234;  // 目标进程的 PID
    struct iovec local[1], remote[1];
    char buffer[100];

    // 初始化本地 iovec（读取数据存放的缓冲区）
    local[0].iov_base = buffer;
    local[0].iov_len = sizeof(buffer);

    // 初始化远程 iovec（目标进程的内存地址）
    remote[0].iov_base = (void *)0x7ffd12345678;  // 假设的目标进程地址
    remote[0].iov_len = sizeof(buffer);

    // 调用 process_vm_readv 读取数据
    ssize_t bytes_read = process_vm_readv(target_pid, local, 1, remote, 1, 0);
    if (bytes_read < 0) {
        perror("process_vm_readv failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Read %zd bytes: %s\n", bytes_read, buffer);
    return 0;
}

示例 2：向目标进程写入内存

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/uio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t target_pid = 1234;  // 目标进程的 PID
    struct iovec local[1], remote[1];
    const char *data = "Hello from another process!";

    // 初始化本地 iovec（待写入的数据）
    local[0].iov_base = (void *)data;
    local[0].iov_len = strlen(data) + 1;  // 包含字符串结尾的 '\0'

    // 初始化远程 iovec（目标进程的内存地址）
    remote[0].iov_base = (void *)0x7ffd12345678;  // 假设的目标进程地址
    remote[0].iov_len = strlen(data) + 1;

    // 调用 process_vm_writev 写入数据
    ssize_t bytes_written = process_vm_writev(target_pid, local, 1, remote, 1, 0);
    if (bytes_written < 0) {
        perror("process_vm_writev failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Wrote %zd bytes\n", bytes_written);
    return 0;
}

3. 关键注意事项

  1. 权限要求:

    • 调用进程需有权限操作目标进程（如 CAP_SYS_PTRACE 能力或 root 权限）。
    • 目标进程的内存地址必须有效且可读写。

  2. 错误处理:

    • 检查返回值：成功时返回传输的字节数，失败返回 -1 并设置 errno。
    • 常见错误码：EPERM（权限不足）、ESRCH（目标进程不存在）、EINVAL（参数无效）。

  3. 地址有效性:

    • 目标进程的内存地址需通过调试符号、/proc/[pid]/maps 或其他方式获取，硬编码地址可能不可靠。

  4. 性能优势:

    • 相比 ptrace，这两个系统调用避免了频繁的上下文切换，适合大量数据传输。

4. 对比 ptrace

  • ptrace: 逐字节读写，适合调试或小数据操作，但性能较差。
  • process_vm_readv/writev: 批量操作内存，效率更高，适合大规模数据传输。

通过合理使用这两个系统调用，可以实现高效的进程间通信，但需谨慎处理权限和内存安全问题。