一.预处理,编译,链接和目标文件的格式
可执行程序是怎么得来的:
预处理负责把include的文件包含进来及宏替换等工作
可执行文件的创建——预处理、编译和链接:
目标文件的格式ELF:A.out-->COFF-->PE/ELF
ABI&目标文件格式:
一个可重定位保存着代码和适当的数据,用于和其他的object文件一起来创建一个可执行文件或是一个共享文件(主要是.o文件)
一个可执行文件保存着一个用来执行的程序,该文件指出exec(BA_OS)如何来创建程序进程映像(主要是.so文件)
当创建或增加一个进程映像的时候,系统理论上将拷贝一个文件的段到一个虚拟的内存段
一般静态链接会将所有代码放在一个代码段,动态链接的进程会有多个代码段
二.可执行程序,共享库和动态链接
可执行程序的执行环境
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命令行参数和shell环境，一般我们执行一个程序的Shell环境即execve系统调用。
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$ ls -l /usr/bin 列出/usr/bin下的目录信息
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Shell本身不限制命令行参数的个数， 命令行参数的个数受限于命令自身
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例如，int main(int argc, char *argv[])
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又如， int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
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Shell会调用execve将命令行参数和环境参数传递给可执行程序的main函数
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int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);
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库函数exec*都是execve的封装例程
命令行参数和环境变量如何保存和传递:环境串都放在用户态堆栈中
三.可执行程序的卸载
- 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。
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Shell本身不限制命令行参数的个数， 命令行参数的个数受限于命令自身
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例如，int main(int argc, char *argv[])
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又如， int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
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Shell会调用execve将命令行参数和环境参数传递给可执行程序的main函数
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int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);
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库函数exec*都是execve的封装例程
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- sys_execve内部会解析可执行文件格式
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do_execve -> do_execve_common -> exec_binprm
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search_binary_handler符合寻找文件格式对应的解析模块
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对于ELF格式的可执行文件fmt->load_binary(bprm);执行的应该是load_elf_binary,其内部是和ELF文件格式解析的部分需要和ELF文件格式标准结合起来阅读
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四.实验
要求:使用gdb跟踪sys_execve内核函数的处理过程，分析exec*函数对应的系统调用处理过程，理解Linux内核如何装载和启动一个可执行程序。
shell终端，执行以下命令：
cd LinuxKernel
rm -rf menu
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_exec.c test.c
make rootfs
可以看到启动后的MenuOS已经包含了exec命令
可以通过增加-s -S启动参数打开调试模式
qemu -kernel ../linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd ../rootfs.img -s -S
打开gdb进行远程调试
gdb
file ../linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
设置断点
b sys_execve
b do_execve
b do_execve_common
b exec_binprm
b search_binary_handler
b load_elf_binary
b start_thread
分析:
通过查看源码可以看出执行exec命令是通过调用execlp函数实现的，属于库函数exec*都是execve的封装例程。
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()
总结:当linux内核或程序（例如shell）用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程执行的程序完全替换为新程序，而新程序则从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用一个全新的程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。
PS:程序编译链接过程
预处理：（.c -> .cpp）
gcc -E -o hello.cpp hello.c -m32
编译：(.cpp -> .s 汇编)
gcc -x cpp-output -S -o hello.s hello.cpp -m32
编译：(.s -> .o 二进制目标代码)
gcc -x assembler -c hello.s -o hello.o -m32
链接：（.o -> a.out）共享库
gcc -o hello hello.o -m32
静态编译：
gcc -o hello.static hello.o -m32 -static
c语言main函数格式：
int main(int argc, char *argv[])
int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
库函数exec*都是execve的封装例程
execve函数格式：
int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ])
sys_execve -> do_execve -> do_execve_common -> exec_binprm
说是exec系统调用，实际上在Linux中，并不存在一个exec()的函数形式，exec指的是一组函数，一共有6个，分别是：
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
其中只有execve是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。
区别一：前4个取路径名作为参数，后2个取文件名作为参数；
区别二：参数表的传递（l表示list，v表示vector）；
区别三：向新程序传递环境表。
动态链接：
装载时动态链接
gcc -shared shlibexample.c -o libshlibexample.so -m32
运行时动态链接
gcc -shared dllibexample.c -o libdllibexample.so -m32
主调程序
gcc main.c -o main -L /path/to/your/dir-l shlibexample -ldl -m32