• Linux内核设计第七周学习总结 Linux内核如何装载和启动一个可执行程序


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    《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-100002900

    实验目的

    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。

    实验过程

    登陆实验楼虚拟机http://www.shiyanlou.com/courses/195

    打开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

    实验分析

    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()

    实验总结

    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。

    参考资料:《UNIX环境高级编程第二版》

    学习笔记

    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

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