SA12226242 施健
一.进程的创建
Linux创建进程是通过子进程复制父进程所拥有的资源来实现的。现代Linux通过写时复制、共享数据等方法优化这一过程，提高创建子进程的效率。
在Linux中，进程创建实际上是通过do_fork函数处理的。do_fork函数的功能相对简单:
代码在:kernel/fork.c
1.检查是否或者哪个事件应该汇报给ptracer。
2.通过copy_process创建进程描述符和子进程执行所需要的其它数据结构。
3.执行wake_up_new_task函数，唤醒新进程。
4.结束并返回子进程的ID
copy_process则负责对进程创建的相关资源的申请：
代码在:kernel/fork.c
1.调用security_task_create以及稍后调用的security_task_alloc执行附加的安全检查。
2.执行dup_task_struct复制父进程的task_struct描述符 3.初始化新结构体的各个字段：did_exec,utime,stime,gtime，irq_events，hardirqs_enabled等等 4.进行调度相关的初始化:perf_event_init_task,audit_alloc. 5.复制父进程的信息到子进程：copy_semundo,copy_files,copy_fs,copy_mm等 6.初始化其它进程相关字段 7.将total_forks增加1
task_struct进程控制块与进程地址空间的联系：
在task_struct结构体内的struct mm_struct成员执行内存区描述符的指针。在进程描述符中，还应该存储进程空间的页表信息，和将逻辑地址转换成页号和页内偏移地址所需的相关信息。
通过总结可以得到：进程的创建的系统调用clone fork vfork都是调用do_fork实现的，而do_fork在做了一些参数检查之后。调用了copy_process函数，copy_process函数在进行安全性检查之后，使用dup_task_struct复制父进程的结构体。对新进程描述符的一些标志信息和时间信息进行初始化，之后将父进程的所有进程信息拷贝到子进程空间，包括IO、文件、内存信息等。然后，设置新进程的pid，将新进程加入进程调度队列中。子进程的eax设置为0，父进程则返回新进程的pid，所以在fork调用中，子进程返回的是0，父进程返回的是新进程的pid。详细代码分析，请参加附录。
二.可执行程序的加载
在Linux中提供了一系列的函数，这些函数能用可执行文件所描述的新上下文代替进程的上下文。这样的函数名以前缀exec开始。所有的exec函数都是调用了execve()系统调用。
sys_execve接受参数：1.可执行文件的路径 2.命令行参数字符串 3.环境变量字符串
sys_execve是调用do_execve实现的。do_execve则是调用do_execve_common实现的，依次执行以下操作：
do_exceve的代码在：fs/exec.h
1. 在堆上分配一个linux_binprm结构。 2. 调用open_exec读取可执行文件。 3. 调用sched_exec()，确定最小负载的CPU以执行新程序，并把当前进程转移过去。 4. 调用bprm_mm_init()函数，为新程序初始化内存管理。 5. 调用prepare_bprm()函数填充linux_binprm数据结构。 6. 拷贝命令行参数argv,环境变量envp,可执行文件名filename到新进程中 7. 调用search_binary_handler()函数对formats链表进行扫描，并尝试每个load_binary函数，如果成功加载了文件的执行格式，对formats的扫描终止。 8. 释放linux_binprm数据结构，返回从该文件可执行格式的load_binary中获得的代码。
对load_binary分析如下：
1.检查存放在文件前128字节的一些魔数进行匹配以确认文件格式。 2.读可执行文件的首部。 3.从可执行文件中确定动态链接程序的路径名，并用它来确定共享库的位置并把他们映射到内存。 4.获得动态链接程序的目录项对象。 5.检查动态链接的执行许可权。 6.把动态链接程序的前128字节拷贝到缓冲区。 7.对动态链接程序类型执行一致性检查。 8.调用arch_pick_mmap_layout(),以选择进程线性区的布局。 9.调用setup_arg_pages()函数为进程的用户态堆栈分配一个新的线性区描述符。 10.调用do_mmap()函数创建一个新线性区来对可执行文件正文段进行映射。 11.调用装入动态链接程序的函数 12.把可执行格式的linux_binfmt对象的地址放在进程描述符的binfmt字段。 13.创建动态链接程序表，并把它们放在用户态堆栈。 14.调用do_brk()函数创建一个新的匿名线性区来映射程序的bss段。 15.调用start_thread()宏修改保存在内核态堆栈。 16.返回0.
总结：Linux内核使用execve系统调用就开始进行程序的装载。execve()系统调用相应的实现是sys_execve()。
sys_execve()进行一些参数检查复制之后，调用do_execve()。
do_execve会首先查找被执行的文件，如果找打文件。则读取文件的前128个字节以确定被检查的文件的格式。然后，继续调用search_binary_handle()去搜索合适的可执行文件装载处理过程。
对ELF可执行文件的装载处理工程是load_elf_binary()。步骤是：检查elf文件的有效性，寻找动态链接库的“.interp”段，设置动态链接器的路径，根据ELF的可执行文件的程序头表的描述，对ELF文件进行映射，初始化ELF进程环境。
最后，将系统调用的返回地址修改为ELF可执行文件的入口点。在设置了eip之后，sys_execve返回到用户态时，程序就返回到新的程序开始执行，ELF可执行文件装载完成。
详细的代码分析，请参加附录。
ELF文件格式与进程地址空间的联系：在壮载ELF文件时，会将文件头部的.init、.text、.rodata段装载到进程的代码段中，将ELF中数据相关的部分，装载到数据段中。
在动态链接的过程中，ELF文件全局变量的数据区的部分会在进程空间中拷贝一份，代码段则多个进程进行共享。
exec执行之后,EIP指向的地方：EIP指向新程序的入口点，在sys_execve执行完成进入用户态之后，将从新的程序入口点继续执行。
三.附录
代码的详细分析：深入理解Linux之进程初探