2020-2021-1 20199311《Linux内核原理与分析》第八周作业
作业信息
作业正文
一、实验七 Linux内核如何装载和启动一个可执行程序
1.实验过程
输入如下命令，将exec命令添加进MenuOs中：
cd ~/LinuxKernel
rm menu -rf
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_exec.c test.c
make rootfs
exec命令调用结果如图：
使用qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S命令冻结内核，使用gdb进行调试，在sys_execve、load_elf_binary和start_thread处设置断点：
单步执行：
退出调试后，查看elf文件头：
2.实验分析
ELF文件：ELF（Excutable and Linking Format）是一个文件格式的标准。通过readelf-h hello查看可执行文件hello的头部（-a查看全部信息，-h只查看头部信息），头部里面注明了目标文件类型ELF32。
ELF文件的三种类型：
- 可重定位文件：属于中间文件，需要继续处理。由编译器和汇编器创建。一个源代码会生成一个可重定位文件。用来和其他目标文件一起来创建一个可执行文件、静态库文件或者共享目标文件。可重定位文件后缀为.o ，最后所有.o文件会链接为一个文件。
- 可执行文件：由多个可重定位文件结合生成，完成了所有重定位工作和符号解析的文件。文件中保存着一个用来执行的程序。
- 共享目标文件：共享库，是指被可执行文件或其他库文件使用的目标文件。其后缀为.so
ELF文件的作用：ELF文件参与程序链接（建立一个程序）和程序的执行（运行一个文件）。
- 如果用于编译和链接（可重定位文件），则编译器和链接器将把elf文件看作是节头表描述的节的集合,程序头表可选。
- 如果用于加载执行（可执行文件），则加载器则将把elf文件看作是程序头表描述的段的集合，一个段可能包含多个节，节头表可选。
- 如果是共享文件，则两者都含有。
二、Linux知识学习
系统调用exec是以新的进程去代替原来的进程，但进程的PID保持不变。因此，可以这样认为，exec系统调用并没有创建新的进程，只是替换了原来进程上下文的内容。原进程的代码段，数据段，堆栈段被新的进程所代替。
一个进程主要包括以下几个方面的内容:
(1)一个可以执行的程序
(2)与进程相关联的全部数据(包括变量，内存，缓冲区)
(3)程序上下文(程序计数器PC,保存程序执行的位置)
执行exec系统调用，一般都是这样，用fork()函数新建立一个进程，然后让进程去执行exec调用。我们知道，在fork()建立新进程之后，父进各与子进程共享代码段，但数据空间是分开的，但父进程会把自己数据空间的内容copy到子进程中去，还有上下文也会copy到子进程中去。而为了提高效率，采用一种写时copy的策略，即创建子进程的时候，并不copy父进程的地址空间，父子进程拥有共同的地址空间，只有当子进程需要写入数据时(如向缓冲区写入数据),这时候会复制地址空间，复制缓冲区到子进程中去。从而父子进程拥有独立的地址空间。而对于fork()之后执行exec后，这种策略能够很好的提高效率，如果一开始就copy,那么exec之后，子进程的数据会被放弃，被新的进程所代替。