linux 第七周总结及实验

姬梦馨

原创作品

《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

第七周 Linux内核如何装载和启动一个可执行程序

一：1.可执行程序如何产生的？

linux系统中，可执行程序一般要经过预处理、编译、汇编、链接、执行等步骤。

编译过程
预处理：gcc –E hello.c –o hello.i;  gcc –E调用cpp 生成中间文件
编 译：gcc –S hello.i –o hello.s;  gcc –S调用ccl 翻译成汇编文件
汇 编：gcc –c hello.s –o hello.o;  gcc -c 调用as 翻译成可重定位目标文件
链 接：gcc hello.o –o hello ;      gcc -o 调用ld**   创建可执行目标文件
64位机可用参数-m32
cpp是指预处理编译文件

2.目标文件格式ELF

ELF文件已经是适应到某一种CPU体系结构的二进制兼容文件了。

默认的ELF头加载地址是0x8048000,头部大概要到0x48100处或者0x483000处，也就是可执行文件加载到内存之后

执行的第一条代码地址

查看一个可执行文件头部内容：readelf -h；头部后是代码和数据。

.o文件，可执行文件，都是目标文件，一般使用相同的文件格式。
常用文件格式：

a.out     COFF    PE - WINDOWS上     ELF - LINUX上

ABI：应用程序二进制接口

ELF文件格式中有三种主要的文件格式：

1：可重定位文件
    主要是.o文件，保存有代码和适当数据，和其他的object文件一起来创建一个可执行文件或者共享文件
2：可执行文件
    保存着一个用来执行的程序，指出exec(BA_OS)如何创建程序进程映象。
3：共享目标文件
    保存代码和合适的数据，用来和链接器链接。
 
链接器分为动态和静态：
链接编辑器，静态链接，和其他的可重定位、共享目标文件创建其他的目标文件
动态链接器，连喝一个可执行文件和其他的共享目标文件来创建一个进程映像

文件格式

Object文件参与程序的联接(创建一个程序)和程序的执行(运行一个程序)。
object 文件格式提供了一个方便有效的方法并行的视角看待文件的内容。

3 静态链接的ELF可执行文件与进程的地址空间

32位x86进程地址空间共4G，1G是内核空间。

一般静态链接会将所有代码放在一个代码段；动态链接的进程会有多个代码段。

二、可执行程序、共享库和动态链接

1：新的可执行程序起点：

地址空间为0x8048000或0x8048300。

    装载可执行程序之前的工作：
    Shell本身不限制命令行参数的个数，命令行参数的个数受限于命令自身。
    Shell会调用execve将命令行参数和环境参数传递给可执行程序的main函数，传递和保存命令行参数
    和环境变量。

2：命令行参数和环境变量是如何进入新程序的堆栈的？

execve：
main函数需要构造他的执行环境，执行可执行程序；令行参数和环境变量通过系统调用传递到内核处理函数，然后内核处理函数构造新的可执行文件，来初始化新的可执行程序的堆栈，返回到新的可执行程序。

3：静态链接的可执行程序和动态链接的可执行程序execve系统调用返回时不同

静态链接：elf_entry指向可执行文件的头部，一般是main函数；

动态链接：elf_entry指向ld的起点。

4：sys_execve内部处理过程

      int do_execve(struct filename *filename,       在函数返回中做一个do_execve
      const char __user *const __user *__argv,
          {
        struct user_arg_ptr argv = { .ptr.native = __argv };
        struct user_arg_ptr envp = { .ptr.native = __envp };
        return do_execve_common(filename, argv, envp);
      }
 
     SYSCALL_DEFINE3(execve,
          const char __user *, filename,
          const char __user *const __user *, argv,
          const char __user *const __user *, envp)
  {
         return do_execve(getname(filename), argv, envp);    转到do _ execve _ common函数
   }
    #ifdef CONFIG_COMPAT
     COMPAT_SYSCALL_DEFINE3(execve, const char __user *, filename,
       const compat_uptr_t __user *, argv,
       const compat_uptr_t __user *, envp)
    {
       return compat_do_execve(getname(filename), argv, envp);
   }
    #endif
 
    if (!try_module_get(fmt->module))
            continue;
        read_unlock(&binfmt_lock);
        bprm->recursion_depth++;
        retval = fmt->load_binary(bprm);
        read_lock(&binfmt_lock);
        put_binfmt(fmt);
        bprm->recursion_depth--;
在这个循环里寻找能够解析这个当前可执行文件

三：实验 GDB跟踪sys_execve内核函数处理过程

1: 内核启动环境搭建更新命令

2：在exec函数中执行了动态链接代码

 
3：hello.c

4：GDB 内核跟踪及设置断点

实验总结

动态链接的过程主要是动态链接器在起作用，而不是内核.

动态链接分为可执行程序装载时动态链接和运行时动态链接

新的程序开始执行，ELF可执行文件装载完成。