linux内核学习之七 可执行程序的装载和运行

一 程序的装载和运行的基本知识补充

   1 当进程开始执行一个新的程序时，从父进程继承的所有页被释放，以便在新的用户地址空间开始执行新的计算，甚至进程的特权都可能发生改变，但是，进程的PID不会改变。

2 进程的信任状和权能

进程的信任状决定一个进程的权限，也就是能做什么，不能做什么。这对多用户系统，系统的稳定性很重要。

进程被创建时，总是继承父进程的信任状。

权能是引入进程信任状的另一种模式。他表示是否允许进程执行一个特定的操作或一组特定的操作。

3 目标文件不能被执行，因为它不含源代码文件所用的全局外部符号名的线性地址，这些地址的分配是由链接程序完成的。链接程序还分析程序所用的库函数。

4 静态链接生成的可执行文件不仅包含原程序的代码，还包含程序所引用的库函数的代码。缺点是占用大量的磁盘空间。

动态链接程序把一个共享库链接到进程时，不拷贝目标代码，仅执行一个内存映射，把库文件的相关部分映射到进程的地址空间中，缺点是程序的启动时间较长。

二 跟踪分析执行程序的系统调用execve()

2.1在以前的代码基础上添加

    

main()添加：

利用qemu查看调试结果（相关的基本设置可以参考前面博客）

设置断点：

执行，停在第一个断点处：

继续执行，停在do_open_exec：

继续执行：

输入exec:

发现程序停在：

执行：

接着执行：

分析：新的可执行程序是从哪里开始执行的？

我们知道只有pc能代表程序的执行流， 父进程fork创造椅子进程，子进程执行新的可执行程序，当子进程“获得”pc时，才是子进程（可执行程序）开始执行的地方。通过GDB跟踪以及阅读源码，

void start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_pc,
		  unsigned long new_sp)
{
	regs->pr = 0;
	regs->sr = SR_FD;
	regs->pc = new_pc;
	regs->regs[15] = new_sp;

	free_thread_xstate(current);
}

　　可以看到在函数load_elf_binary()的最后调用了函数start_thread(regs, elf_entry, bprm->p)，所以elf_entry是可执行程序开始执行的地方。

为什么execve系统调用返回后新的可执行程序能顺利执行？

因为在系统调用过程中，父进程的大部分资源被抛弃，堆栈被清空，新的可执行程序根据传递的参数和环境变量配置了一个新的堆栈。所以返回时能够正常执行。

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？

在函数load_elf_binary中可以看到如下的一段代码：

887	if (elf_interpreter) {
888		unsigned long interp_map_addr = 0;
889
890		elf_entry = load_elf_interp(&loc->interp_elf_ex,
891					    interpreter,
892					    &interp_map_addr,
893					    load_bias);
894		if (!IS_ERR((void *)elf_entry)) {
895			/*
896			 * load_elf_interp() returns relocation
897			 * adjustment
898			 */
899			interp_load_addr = elf_entry;
900			elf_entry += loc->interp_elf_ex.e_entry;
901		}
902		if (BAD_ADDR(elf_entry)) {
903			retval = IS_ERR((void *)elf_entry) ?
904					(int)elf_entry : -EINVAL;
905			goto out_free_dentry;
906		}
907		reloc_func_desc = interp_load_addr;
908
909		allow_write_access(interpreter);
910		fput(interpreter);
911		kfree(elf_interpreter);
912	} else {
913		elf_entry = loc->elf_ex.e_entry;
914		if (BAD_ADDR(elf_entry)) {
915			retval = -EINVAL;
916			goto out_free_dentry;
917		}

　我们知道 elf_entry是系统调用返回时可执行文件开始执行的地方，由以上代码，通过静态链接返回时，elf_entry代表的是可执行文件规定的头部，而动态链接，elf_entry代表的是动态链接器的起点。

三 总结

自己对“Linux内核装载和启动一个可执行程序”的理解

通过以上的学习，我们知道装载和启动一个可执行程序主要是通过系统调用execve()来实现的，和普通的系统调用不同，execve系统调用返回时不是INT $0x80语句的后面一条语句，而是变成了一个新的进程，按照用户要求（参数和环境变量）创建的可执行程序。

通过一系列函数调用：do_execve()->do_execve_common()->exec_binprm()->search_binary_handler()->list_for_each_entry()->load_binary()->load_elf_binary()->start_thread(),

在start_thread(regs, elf_entry, bprm->p)中修改了ip，elf_entry是可执行程序开始执行的地方。

by：方龙伟

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