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黄韧（原创作品转载请注明出处）
《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
【学习笔记】
（一）预处理、编译、链接和目标文件的格式
1.可执行程序是怎么得来的
C代码——预处理——汇编代码——目标代码——可执行文件
预处理负责把include的文件包含进来及宏替换工作。
hello和hello.o都是ELF格式的文件。
2.目标文件的格式ELF
（1）常见的ELF格式文件：
（2）ABI——应用程序二进制接口
在目标文件中，他已经是二进制兼容，即适应二进制指令。
（3）ELF中三种目标文件：
（4）目标文件格式
左边是ELF格式，右边是执行时候的格式，其中，ELF头描述了该文件的组织情况，程序投标告诉系统如何创建一个进程的内存映像，section头表包含了描述文件sections的信息。
当创建或增加一个进程映像的时候，系统在理论上将拷贝一个文件的段到一个虚拟的内存段。
Text segment拷贝到进程中的起点，Data segment拷贝到虚拟地址的某段……
可执行文件格式和进程地址空间有一个影射关系。
3.静态链接的ELF可执行文件和进程的地址空间
（1）ELF与Linux进程虚拟空间内存的对应关系如下图：
程序从0x804800开始。
可执行文件加载到内存中开始执行的第一行代码。
一般静态链接将会把所有代码放在同一个代码段。
动态连接的进程会有多个代码段。
（二）可执行程序、共享库和动态加载
1.装载可执行程序之前的工作
（1）命令行参数和shell环境，一般我们执行一个程序的Shell环境，我们的实验直接使用execve系统调用。
（2）命令行参数和环境变量是如何传递和保存的
命令行参数和环境串都放在用户态堆栈中
shell——execv——sys_execv
2.装载时动态链接和运行时动态链接应用举例
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，如下代码演示了这两种动态链接。
shlibexample.h (1.3 KB) - Interface of Shared Lib Example
shlibexample.c (1.2 KB) - Implement of Shared Lib Example
编译成libshlibexample.so文件
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$ gcc -shared shlibexample.c -o libshlibexample.so -m32 |
dllibexample.h (1.3 KB) - Interface of Dynamical Loading Lib Example
dllibexample.c (1.3 KB) - Implement of Dynamical Loading Lib Example
编译成libdllibexample.so文件
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$ gcc -shared dllibexample.c -o libdllibexample.so -m32 #编译方式和上面一样 |
main.c (1.9 KB) - Main program
编译main，注意这里只提供shlibexample的-L（库对应的接口头文件所在目录）和-l（库名，如libshlibexample.so去掉lib和.so的部分），并没有提供dllibexample的相关信息，只是指明了-ldl
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$ gcc main.c -o main -L/path/to/your/dir -lshlibexample -ldl -m32$ export LD_LIBRARY_PATH=$PWD #将当前目录加入默认路径，否则main找不到依赖的库文件，当然也可以将库文件copy到默认路径下。$ ./mainThis is a Main program!Calling SharedLibApi() function of libshlibexample.so!This is a shared libary!Calling DynamicalLoadingLibApi() function of libdllibexample.so!This is a Dynamical Loading libary! |
（三）可执行程序的装载
1.可执行程序的装载相关关键问题分析
sys_execve内部会解析可执行文件格式
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1369 list_for_each_entry(fmt, &formats, lh) {1370 if (!try_module_get(fmt->module))1371 continue;1372 read_unlock(&binfmt_lock);1373 bprm->recursion_depth++;1374 retval = fmt->load_binary(bprm);1375 read_lock(&binfmt_lock); |
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82static struct linux_binfmt elf_format = {83 .module = THIS_MODULE,84 .load_binary = load_elf_binary,//函数指针85 .load_shlib = load_elf_library,86 .core_dump = elf_core_dump,87 .min_coredump = ELF_EXEC_PAGESIZE,88}; |
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2198static int __init init_elf_binfmt(void)2199{2200 register_binfmt(&elf_format);#注册2201 return 0;2202} |
2.sys_execve的内部处理过程
装载和启动一个可执行程序依次调用以下函数：
sys_execve() -> do_execve() -> do_execve_common() -> exec_binprm() -> search_binary_handler() -> load_elf_binary() -> start_thread()
3.使用gdb跟踪sys_execve内核函数的处理过程（见课后作业）
4.可执行程序的装载与庄生梦蝶的故事
庄周（调用execve的可执行程序）入睡（调用execve陷入内核），醒来（系统调用execve返回用户态）发现自己是蝴蝶（被execve加载的可执行程序）
修改int 0x80压入内核堆栈的EIP
load_elf_binary -> start_thread
5.浅析动态链接的可执行程序的装载
（1）可以关注ELF格式中的interp和dynamic。
（2）动态链接库的装载过程是一个图的遍历。
（3）装载和连接之后ld将CPU的控制权交给可执行程序。
三、课后作业
1.理解编译链接的过程和ELF可执行文件格式，详细内容参考本周第一节；
答案见第一部分学习笔记
2.编程使用exec*库函数加载一个可执行文件，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，编程练习动态链接库的这两种使用方式，详细内容参考本周第二节；
答案见第一部分学习笔记
3.使用gdb跟踪分析一个execve系统调用内核处理函数sys_execve ，验证您对Linux系统加载可执行程序所需处理过程的理解，详细内容参考本周第三节；推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。
程序具体代码如下：
Makefile：
make rootfs:
开始调试：
三次执行到如下界面：
此时执行exec发现执行到的地方如图：
列出执行到的代码：
4.特别关注新的可执行程序是从哪里开始执行的？为什么execve系统调用返回后新的可执行程序能顺利执行？对于静态链接的可执行程序和动态链接的可执行程序execve系统调用返回时会有什么不同？
答案见第一部分学习笔记
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原文地址：http://www.cnblogs.com/huangbobo/p/5371314.html
