20179223《Linux内核原理与分析》第八周学习笔记

视频学习

可执行文件是怎么得来的？

.c汇编成汇编代码.asm，然后再汇编成目标码.o。然后在连接成可执行文件，然后加载到内存可执行了。

对hello.c文件预处理（cpp），预处理负责把include的文件包含进来及宏替换等工作。
把hello.cpp编译成汇编代码hello.s
再把编译代码hello.s编译成目标代码hello.o（二进制的文件），然后把hello.o链接成可执行文件hello。
hello是使用共享库的，再静态编译，把所有完全依赖的都放在hello.static的内部。

目标文件的格式ELF

一个可重定位（relocateble）文件保存着代码和适当的数据，用来和其他的object文件一起来创建一个可执行文件或者是一个共享文件。

一个可执行（executable）文件保存着一个用来执行的程序；该文件指出了exec(BA_OS)如何来创建程序进程映像。

一个共享object文件保存着代码和合适的数据，用来被下面的两个链接器链接。第一个是连接编辑器，可以和其他的可重定位和共享object文件来创建其他的object。第二个是动态链接器，联合一个可执行文件和其他的共享object文件来创建一个进程映象。

Object文件与程序的连接（创建一个程序）和程序的执行（运行一个程序）

一个ELF头文件的开始，保存了路线图（road map），描述了该文件的组织情况程序头表（program header table）告诉系统如何来创建一个进程的内存映象。section头表（section header table）包含了描述文件sections的信息。每个section在这个表中有一个入口，每个入口给出了该section的名字，大小，等等信息。

当创建或增加一个进程映象的时候，系统在理论上将拷贝一个文件的段到一个虚拟的内存段。

静态链接的ELF可执行文件与进程的地址空间

可执行文件加载到内存中开始执行的第一行代码。

一半静态链接将所有代码放在一个代码段。

动态链接的进程有多个代码段。

装载可执行程序之前的工作

可执行程序的执行环境

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。

$ ls -l /usr/bin 列出usr/bin下的目录信息
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
——例如，int main（int argc, charargv[]）
——又如，int main（int argc, charargv[], charenvp[]）
Shell会调用execue将命令行参数和环境参数传递给可执行程序的main函数
——int execve（const charfilename,charconst argv[],charconst envp[]）；
——库函数exec*都是execue的封装例程

sys_execve内部会解析可执行文件格式
do_execve -> do_execve_common -> exec_binprm
search_binary_handler符合寻找文件格式对应的解析模块
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

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

编译成libshlibexample.so文件

$ gcc -shared shlibexample.c -o libshlibeexample.so -m32

这就生成了一个共享库文件，共享库和动态加载共享库内部定义其实是一样的

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

gcc main.c -o main -L/path/to/your/dir -lshlibexample -ldl -m32

-L指明当前目录， -l指明这个库文件，-ldl动态加载器

可执行程序的装载相关关键问题分析

execve和fork都是特殊一点的系统调用，子进程是从ret_from_fork开始执行然后返回用户态

使用GDB跟踪sys_execve内核函数的处理过程

搭配环境，删除旧的menu目录，重新下载新的版本，test.c覆盖test_exec.c 操作如下：

$ cd LinuxKernel
$ rm menu -rf
$ git clone http://github.com/mengning/menu.git
$ cd menu
$ mv test_exec.c test.c

重新编译并启动程序：

$ make rootfs

使用qemu命令重新启动内核并使用-s和-S参数“冻结”系统执行，命令如下：

$ qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S

此时为了使用gdb进行调试，需要水平分割一个窗口，输入如下命令：

$ gdb
(gdb) file linux-3.18.6/vmlinux
(gdb) target remote:1234

设置断点sys_execve和load_elf_binary还有start_thread。

执行之后进入了系统调用SyS_execve

跟踪，继续执行进入load_elf_binary

继续跟踪，进入到start_thread

new_ip是返回到用户态的第一条指令的地址

课本第13，14章知识学习

虚拟文件系统中（VFS）有四个主要的对象类型：

1.超级块对象：代表一个具体的已安装文件系统；

2.索引节点对象：代表一个具体文件；

3.目录项对象：代表一个目录项，是路径的一个组成部分；

4.文件对象：代表由进程打开的文件

四种I/O调度程序：

1.Linus电梯。能执行合并与排序预处理；

2.最终期限I/O调度程序。为解决请求饥饿问题；

3.完全公正的排队I/O调度程序。以时间片轮转调度队列；

4.空操作的I/O调度程序。专为随机访问设备而设计的。