2019-2020-1 20199318《Linux内核原理与分析》第八周作业

第7章 可执行程序工作原理

一、学习笔记

1.ELF

2.程序编译

3.连接与库

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二、试验记录

1.开始先更新内核，再用test_exec.c将test.c覆盖掉

2.test.c文件中增加了exec系统调用，启动内核并且检验execv函数是否正确

3.最后启动gdb调试

4.在sys_execve处和其他的地方设置断点，并进行单步执行

5.最后退出调试状态后输入readelf -h hello可以查看hello的EIF头部

可见elf头大小为52字节，用dump命令16进制读取前52个字节进行分析

6.命令：hexdump -x hello -n 52

分析：

第一行：

前四个字节为elf固定开头7f454c46(0x45,0x4c,0x46是'e','l','f'对应的ascii编码），表示这是一个ELF对象。接下来的一个字节01表示是一个32位对象，接下来的一个字节01表示是小端法表示，再接下来的一个字节01表示文件头版本。剩下的默认都设置为0.

第二行:

e_type值为0x0002表示是一个可执行文件。e_machine值为0x0003表示是intel80386处理器体系结构。e_version值为0x00000001表示是当前版本。e_entry值0x04080a8d表示入口点。e_phoff值为0x00000034表示程序头表的偏移量为0x34即52个字节刚好是elf头大小。

第三行:

e_shoff值为0x000a20f0表示节头表的偏移地址。e_flags值为0x00000000表示未知处理器特定标志。e_ehsize值为0x0034表示elf文件头大小52个字节。e_phentsize表示一个程序头表中的入口（程序头）的长度，值为0x0020即32字节。e_phnum的值为0x0006给出程序头表中的入口数目。e_shentsize值为0x0028表示节头表入口（节头）大小为40字节。

第四行:

e_shnum值为0x001f表示节头表入口有31个。e_shstrndx值为0x001c表示节名串表的在节表中的索引号。

7.exec()函数结构分析

int do_execve(struct filename *filename,
    const char __user *const __user *__argv,
    const char __user *const __user *__envp)
{
    return do_execve_common(filename, argv, envp);
}

static int do_execve_common(struct filename *filename,
                struct user_arg_ptr argv,
                struct user_arg_ptr envp)
{
    // 检查进程的数量限制

    // 选择最小负载的CPU，以执行新程序
    sched_exec();

    // 填充 linux_binprm结构体
    retval = prepare_binprm(bprm);

    // 拷贝文件名、命令行参数、环境变量
    retval = copy_strings_kernel(1, &bprm->filename, bprm);
    retval = copy_strings(bprm->envc, envp, bprm);
    retval = copy_strings(bprm->argc, argv, bprm);

    // 调用里面的 search_binary_handler
    retval = exec_binprm(bprm);

    // exec执行成功

}

static int exec_binprm(struct linux_binprm *bprm)
{
    // 扫描formats链表，根据不同的文本格式，选择不同的load函数
    ret = search_binary_handler(bprm);
    // ...
    return ret;
}

三、总结

由以上代码可知，do_ execve调用了do_ execve_ common,而do_ execve_ common又主要依靠了exec_ binprm,在exec_ binprm中又有一个至关重要的函数，叫做search_binary_ handler。这就是sys_execve的内部处理过程。

本周学习的重点就是文件处理的过程：

• 预处理：gcc –E –o hello.cpp hello.c -m32 (负责把include的文件包含进来，宏替换）
• 编 译：gcc -x cpp-output –S hello.s –o hello.cpp -m32 (gcc -S调用ccl,编译成汇编
  
  –S调用ccl,编译成汇编代码）
• 汇 编：gcc -x assembler –c hello.s –o hello.o; (gcc -c 调用as,得到二进制文件）
• 链 接：gcc –o hello hello.o ;(gcc -o 调用ld形成目标可执行文件）

链接分为静态链接和动态链接。静态链接生成三种主要ELF目标文件:

1. 可重定位文件：保存代码和适当的数据，用来和其他object文件一起创建一个可执行文件或一个共享文件。主要是.o文件。
2. 可执行文件：保存一个用来执行的程序，指出了exec(BA_OS)如何来创建程序进程映象，怎么把文件加载出来以及从哪里开始执行。
3. 共享文件：保存着代码和数据用来被以下两个链接器链接:
   
   一是链接编译器，可以和其他的可重定位和共享文件创建其他的object文件；
   
   二是动态链接器，联合一个可执行文件和其他 共享文件来创建一个进程映象。主要是.so文件。

eip也是一个重要的概念，对于eip,如果是静态链接的可执行文件，那么eip指向该elf文件的文件头e_entry所指的入口地址；如果是动态链接，eip指向动态链接器。而对于execve执行静态链接程序时，通过修改内核堆栈中保存的eip的值作为新进程的起点。

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