实验七:Linux内核如何装载和启动一个可执行程序

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一.实验过程

1.1 启动menuos,可以看见多了一行exec命令。

实验七:Linux内核如何装载和启动一个可执行程序_第1张图片

1.2  分别设置了三个断点

    b sys-execve

    b load_elf_binary

    b start_thread

实验七:Linux内核如何装载和启动一个可执行程序_第2张图片

 

 1.3  停在了load_elf_binary这个断点,他的elf_interpreter是null的

       po new_ip(po=printobject),new_ip是返回到用户态的第一条指令的地址。

       查看hello可执行程序的入口点地址:readelf -h hello,与new_ip的值相同。

实验七:Linux内核如何装载和启动一个可执行程序_第3张图片

1.4 然后停在了start_thread,再c一下就执行结束了

实验七:Linux内核如何装载和启动一个可执行程序_第4张图片

 

 二. linux可执行程序加载可执行程序的过程

 2.1 新的可执行程序是从哪里开始执行的?

当execve()系统调用终止且进程重新恢复它在用户态执行时,执行上下文被大幅度改变,要执行的新程序已被映射到进程空间,从elf头中的程序入口点开始执行新程序。

如果这个新程序是静态链接的,那么这个程序就可以独立运行,elf头中的这个入口地址就是本程序的入口地址。

如果这个新程序是动态链接的,那么此时还需要装载共享库,elf头中的这个入口地址是动态链接器ld的入口地址。

 

2.2 为什么execve系统调用返回后新的可执行程序能顺利执行?

新的可执行程序执行,需要以下: 
1. 它所需要的库函数。 
2. 属于它的进程空间:代码段,数据段,内核栈,用户栈等。 
3. 它所需要的运行参数。 
4. 它所需要的系统资源。 
如果满足以上4个条件,那么新的可执行程序就会处于可运行态,只要被调度到,就可以正常执行。我们一个一个看这几个条件能不能满足。 
条件1:如果新进程是静态链接的,那么库函数已经在可执行程序文件中,条件满足。如果是动态链接的,新进程的入口地址是动态链接器ld的起始地址,可以完成对所需库函数的加载,也能满足条件。 
条件2:execve系统调用通过大幅度修改执行上下文,将用户态堆栈清空,将老进程的进程空间替换为新进程的进程空间,新进程从老进程那里继承了所需要的进程空间,条件满足。 
条件3:我们一般在shell中,输入可执行程序所需要的参数,shell程序把这些参数用函数参数传递的方式传给给execve系统调用,然后execve系统调用以系统调用参数传递的方式传给sys_execve,最后sys_execve在初始化新程序的用户态堆栈时,将这些参数放在main函数取参数的位置上。条件满足。 
条件4:如果当前系统中没有所需要的资源,那么新进程会被挂起,直到资源有了,唤醒新进程,变为可运行态,条件可以满足。 
综上所述,新的可执行程序可以顺利执行。

 

2.3 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?

execve系统调用会调用sys_execve,然后sys_execve调用do_execve,然后do_execve调用do_execve_common,然后do_execve_common调用exec_binprm,在exec_binprm中:

实验七:Linux内核如何装载和启动一个可执行程序_第5张图片

对于ELF文件格式,fmt函数指针实际会执行load_elf_binary,load_elf_binary会调用start_thread,在start_thread中通过修改内核堆栈中EIP的值,使其指向elf_entry,跳转到elf_entry执行。 
对于静态链接的可执行程序,elf_entry是新程序的执行起点。对于动态链接的可执行程序,需要先加载链接器ld, 
elf_entry = load_elf_interp(…) 
将CPU控制权交给ld来加载依赖库,再由ld在完成加载工作后将CPU控制权还给新进程。

 

三 .可执行程序的装载和庄生梦蝶的故事

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)。

 

转载于:https://www.cnblogs.com/yingtaotao/p/6678796.html

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