鏈接的過程

• 首先運行C預處理器cpp，將C的源程序(a.c)翻譯成ASCII碼的中間文件(a.i)
• 接著C編譯器ccl，將a.i翻譯成ASCII匯編語言文件a.s
  
• 接著運行匯編器as，將a.s翻譯成可重定位的目標文件a.o
• 最終完全鏈接成可執行文件a.out

目標文件

• 目標文件有三種形式：
  • 可重定位的目標文件
  • 可執行目標文件
  • 共享目標文件

• ELF格式的可重定位目標文件的結構如下：
  

• .text:已編譯程序的機器代碼
• .rodata:只讀數據
• .data：已初始化的全局C變量
• .bss:未初始化的全局C變量.在目標文件中這個節不占實際空間,僅是一個占位符.
• .sysmtab:一個符號表,存放在程序中被定義和引用的函數和全局變量的信息.
• .rel.text:當鏈接器把這個目標文件和其他文件結合時,.text節中的許多位置都需要修改.一般而言,任何調用外部函數或者引用全局變量的指令都要修改.另一個方面,調用本地函數的指令則不需要修改.
• .rel//.data:被模塊定義或引用的任何全局變量的信息.
• .debug:一個調試符號表
• .line:原始C源程序中的行號和.text節中機器指令之間的映射.
• .strtab:一個字符串表,其中內容包括.symtab和.debug節中的符號表,以及節頭部中的節名字.

• 可以通過readelf -h process查看的ELF文件的頭部信息

如何將新程序的數據保存下來

• 通過shell程序調用execve將命令行參數和環境參數傳遞給可執行程序的main函數中。而后execve在創建新的用戶態堆棧時，則將main函數中參數壓入堆棧中。最終執行sys_execve來真正實現在系統下參數的傳遞。

• 當新的可執行文件被調用的時候，則舊的可執行文件所占有的空間會被新的可執行文件所占用，從而execve返回時，返回的并非為舊的可執行文件所產生的數據，而是新加載進來的可執行文件的返回數據，從而使新的可執行文件可以被執行。

可執行文件的相關點

• start_thread通過修改內核堆棧中EIP的值作為新程序的起點

• 根據靜態鏈接的可執行文件elf_entry就是可執行文件頭中的起點entry，多為main函數對應的位置

• 若需要依賴動態鏈接庫的話，則elf_entry則指向動態鏈接器的起點，即將CPU控制權交給ld來加載依賴庫并完成動態鏈接

• 新的可執行程序被調用前，需要通過修改int 0x80壓入內核堆棧的EIP

• elf可執行文件會被默認映射到0x8048000這個地址上

execve在內核中的執行過程

• execve運行可執行程序的主要步驟：

  • 刪除已存在的用戶區域：刪除當前可執行文件所占有的用戶部分中的堆棧空間

  • 隱藏私有區域：為新程序的文本、數據和堆棧創建新的他空間，而這些空間是新的可執行文件所私有的，并且是寫時拷貝的。

  • 映射共享區域：如果ELF文件與共享目標連接，就需要動態鏈接，并映射至用戶虛擬地址空間中的共享區域。

  • 設置程序計數器：設置EIP，使其指向新的可執行文件的入口地址

  • 如下圖：
    

execve函數在內核中執行流程

• 在用戶態中調用execve(),引發系統中斷，在內核態中執行對應的函數sys_execve

• sys_execve函數調用do_execve函數，該函數會讀入可執行文件。

• 接下來系統會調用search_binary_handler，根據可執行文件的類型查找到相應的處理函數。根據每種文件創建一個struct linux_binfmt的結構體，并將其連接到一個鏈表智商，執行時候系統就會遍歷這個鏈表，從而找到相應的結構。
  從而調用對應的load_binary函數開始加載可執行文件。

• 系統是通過load_elf_binary來加載elf類型的可執行文件。該函數會先讀入ELF文件的頭部，根據ELF文件的頭部信息讀入各種數據。

• 如果存在動態鏈接庫，則需要將動態鏈接映射到共享區域之中。此時就需要使用load_elf_interp來加載映像，并把返回的入口地址設置為load_elf_interp的動態鏈接器的入口

• 如下圖所示：

實驗部分

實驗目的

使用gdb跟蹤sys_execve內核函數的處理過程，分析exec*函數對應的系統調用處理過程，理解Linux內核如何裝載和啟動一個可執行程序。

實驗過程

• 執行MenuOS，其中裝載了execve
  

• 設置斷點
  

• 裝載和運行一個可執行文件的順序為：

sys_execve() -> do_execve() -> do_execve_common() -> exec_binprm() -> search_binary_handler() -> load_elf_binary() -> start_thread()

總結

• 當linux內核或程序（例如shell）用fork函數創建子進程后，子進程往往要調用一種exec函數以執行另一個程序。

• 當進程調用一種exec函數時，該進程執行的程序完全替換為新程序，而新程序則從其main函數開始

池彬寧 + 原創作品轉載請注明出處 + 《Linux內核分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

轉載于:https://www.cnblogs.com/Spr1ngxx/p/5361615.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核分析——可执行程序的装载的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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