linux及安全第七周总结——20135227黄晓妍

实验部分

首先clone最新的menu

我们可以看到，test.c里多了一个exec的功能，它的代码和fork基本一致，多了一项加载hello

rootfs也有一些变化

执行一下exec

让我们启动一个冻结的menuOS

设置三个断点sys_execve;load_elf_binary;start_thread.启动起来之后，执行exec命令，跟踪

思考部分

新的可执行程序是从哪里开始执行的？

新的可执行程序是从程序的头部，也就是main函数开始执行的，被装载到内核的地址空间是0x8048x00（x是整数）。

为什么execve系统调用返回后新的可执行程序能顺利执行？

要得到返回之后能顺利执行的原因，让我们来先简单地分析一下整个过程。父进程在用户态中创建一个新的子进程，在内核中给子进程分配空间，子进程从ret_from_fork开始，先修改eax=0，再将五个值压栈，在执行execve时，需要将内核堆栈中以前压栈的五个之中的两个sp,ip做修改，修改的地址映射新可执行程序的入口，这样一来，新的可执行程序就可以顺利执行了。

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？

对于静态链接和动态链接在execve系统调用返回时有很大的不同，静态链接相对于动态链接来说要简单许多，它们的不同之处主要在修改的sp,ip的值上。静态链接直接修改为新的可执行程序的入口即可（即0x8048x000,也就是main函数处）；对于动态链接，让我们先来分析一下动态链接的过程。动态链接需要先加载动态链接器ld,然后由动态连接器加载程序中需要加载的动态库，以及其他的一些资源（这是一个遍历动态库依赖关系图的过程），然后才能开始执行新的可执行程序。所以对于动态链接，execve系统调用返回到动态链接加载器ld.

总结部分

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

以C语言为例，c代码经过编译器的预处理，编译成汇编代码，由汇编器编译成目标代码，再链接成可执行文件，由操作系统加载到cpu里来执行。

.c-预处理（-E）---.i--编译（-S）--.asm（.s）--汇编（-c）---.o(二进制文件，ELF格式,readelf -h显示头部信息)--链接---A.out(可执行文件)

预处理负责把include的文件包含进来及宏替换等工作
可执行文件是使用共享库的。

静态编译

-static

把库里的东西都放在里面了所以比较大
可执行文件的内部是怎样的？

目标文件的格式ELF

文件格式：

• PE是windows下
• ELF是linux下（executable linkable format）

目标文件格式和ABI应用程序二进制接口适应到某一种cpu格式

ELF标准下三种可执行文件：

• 一个可重定位文件（代码和数据）
• 一个可执行文件（用来执行的程序）
• 一个共享文件（代码和数据，连接编译器和动态连接器）

Obeject文件参与程序联接（创建一个程序）和程序执行（运行一个程序）

重定位：在程序中调用外部函数时。在程序链接以后，将外部函数和程序中的内存地址联系起来。物理地址和虚拟地址映射。
符号（引用）解析：链接以前，可重定位的目标联系虚拟地址。

查看ELF文件的头部

gccs readelf -h main

可执行程序加载的主要工作：

映射代码中各种数据对应到进程空间的地址。例如：在文件中的代码段，拷贝到进程的空间时；数据段拷贝到进程空间。

静态链接的ELF可执行文件和进程的地址空间

文件映射进程地址空间
0xc000000开始是用户态可以使用的
0x8048000默认的加载地址
0x8048X00程序的真实入口，可执行文件加载到内存中开始执行的第一行代码

• 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

可执行程序、共享库和动态链接

装载可执行程序之前的工作

可执行程序的的执行环境

• 命令行参数和shell环境

  • ls -l/usr/bin列出/usr/bin下的目录信息//ls是一个可执行程序
  • 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//也就是main函数
  • 例如，int main（int argc,char argv[]）;//愿意接受命令行参数，用户输入的
    -又例如，int main(int argc,char argv[],charenvp[])//envp:shell的环境变量
  • shell会调用execve将命令行参数传递给可执行程序的main()函数
  • int execve(int char *filename,char *argv[],char *const envp[]);//函数原型，先函数调用参数传递，再系统调用参数传递

命令行参数和环境变量时如何保存和传递的？

命令行参数和环境变量，fork一个子进程时完全复制父进程的，然后调用execv时，把当前的可执行程序把原来的环境（子进程）给覆盖掉，子进程的用户态堆栈也被清空了，因为新的进程要执行。

那么命令行参数和环境变量时如何进入新程序的堆栈的？

• 命令行参数（char *argv[]）、环境变量（char *const envp[]）压栈
• 创建一个新的用户态堆栈，通过指针将命令行参数，环境变量传递给系统调用execve的内核处理函数
• 内核处理函数创建一个新的可执行程序用户态堆栈的同时，将命令行参数和环境变量拷贝进去
  shell程序--execve--对应的系统调用sys_execv--然后在初始化时拷贝

装载时动态链接和运行时动态链接的应用举例

• 可执行程序装载时动态链接
• 可执行程序运行时动态链接

可执行装载时、运行动态链接

1. 准备.so文件
    共享库文件shlibexample.h和shlibexample.c编译成.so文件
    ![](http://images2015.cnblogs.com/blog/744818/201604/744818-20160408154304515-1049697563.png)



gcc -shared shlibexample.c -o libshlibexample.so -m32
2. 分别以共享库和动态加载共享库的方式使用libshlibexample.so文件和libdllibexample.so文件
![](http://images2015.cnblogs.com/blog/744818/201604/744818-20160408154246343-1770179350.png)


    编译main注意这里只提供shlibexample的-L（库对应接口文件所在目录）和-l(库名)并没有提供dllibexample的信息

• gcc mian.c -o main -l/path/to/your/dir -lshlibexample -ldl -m32
  //分别指定头文件的路径和库文件的路径，动态加载

• export LD_LIBRARY_PATH=$PWD

  //将当前目录加入默认路径

• ./main

可执行程序的装载相关关键问题分析

execve（）和fork（）都是特殊的系统调用
普通系统调用
陷入内核返回用户态继续
execve
陷入内核态，使用其加载的可执行文件把当前的程序给覆盖掉，当系统调用返回的时候，返回的不是原来的程序，而是新的可执行程序了。
fork
进入内核态两次返回，第一次返回到用户态（父进程）继续执行（和普通模式一样），第二次返回内核态（子进程），是返回到ret_from_fork然后构造了一个用户态堆栈，然后进入构造的用户态堆栈继续执行。 #### 可执行程序的装载
sys_execve内部会解析可执行文件格式

• do_execve---do_execve_common----execvebinprm
• search_binary_handler符合寻找文件格式的解析模块

对于ELF格式的可执行文件fmt--load_binary(bprm)执行的是load_elf_binary

linux如何支持多种不同的可执行文件

load_elf_binary->start_thread

静态链接，修改内核堆栈压入的指针。ip和sp.

execve的内部处理过程

重点：start_thread把原来进程的地址改成了链接以后的位置。

可执行程序的装载与庄生梦蝶的故事

进程在int0x80中断的时候还是庄子（原来的程序），在shell加载了一个新的可执行程序，醒来的时候（返回），就变成了蝴蝶（新进程）。但是其实这是一个相互的过程，你可以装载我，返回后你变成我；我可以装载你，返回后我变成你。

浅析动态链接的可执行程序的装载

静态链接的可执行程序都是比较简单的，但是大多数都需要负载的动态链接，动态链接的时候，内核做了什么？首先elf可执行格式，需要依赖其他动态链接库，动态链接的依赖关系会形成一个图，先解析依赖哪些动态链接库，加载动态连接器ld,elf_entry返回动态链接器的入口，然后加载动态链接库，这是一个依赖关系图遍历的过程。装载和链接之后，ld将cpu的控制权交给可执行程序。
静态链接的话，elf_entry直接返回可执行程序的入口。