Linux核心裝載和啟動一個可執行程式

阿新 • • 發佈：2019-02-16

首先，我們需要了解，什麼是可執行程式。可執行程式是一種可以被計算機識別的程式，是原始碼經過預處理、編譯、連結等步驟後形成的程式，大體關係如下圖所示。

圖1.c語言程式執行流程

C源程式標頭檔案－>預編譯處理(cpp)－>編譯程式本身－>優化程式－>彙編程式－>連結程式->可執行檔案。這大概就是整個c語言程式變成最終可以執行的檔案的流程，看起來還是比較複雜，實際情況可能更加複雜。

編譯預處理：主要包括對巨集定義指令、條件編譯指令、標頭檔案包含指令、特殊符號進行處理。

編譯階段：編譯的工作就是通過詞法分析和語法分析，在確認所有的指令都符合語法規則之後，將檔案翻譯成等價的中間程式碼表示或彙編程式碼。

彙編階段：彙編過程實際上指把組合語言程式碼翻譯成目標機器指令的過程。

以上是在一般情況下c語言變成可執行檔案的流程，那麼在Linux系統中有什麼不同呢？要想了解這個Linux下面的流程，我們先來了解一種檔案格式ELF。ELF是一種用於二進位制檔案、可執行檔案、目的碼、共享庫和核心轉儲的標準檔案格式。是UNIX系統實驗室作為應用程式二進位制介面而開發的，也是Linux的主要可執行檔案格式。

ELF檔案由4部分組成，分別是：

ELF頭：是對elf檔案整體資訊的描述，在32位系統下是56的位元組，在64位系統下是64個位元組。

segment表：這個表是載入指示器

elf的主題：對於可執行檔案來說，最主要的就是資料段和程式碼段。

section表：對可執行檔案來說，沒有用，在連結的時候有用，是對程式碼段資料段在連結時的一種描述。

針對ELF檔案有幾種操作方式，比如檢視ELF檔案的頭部：readelf –h hello；檢視該ELF檔案依賴的共享庫：readelf -d main。

ELF檔案準備好了，現在可以開始裝載了。當我們在Linux的命令列下輸入一個命令執行某個ELF程式時，shell程序會呼叫fork()建立一個新的程序，然後新的程序呼叫execve()來執行ELF檔案，原先的shell程序繼續返回等待剛才啟動時新程序結束，然後繼續等待使用者輸入命令。隨著一個新程序的出現，作業系統會為它建立一個獨立的虛擬地址空間。

在進入execve()系統呼叫之後，Linux核心就開始進行真正的裝載工作。在核心中，execve()系統呼叫相應的入口是sys_execve(),該sys_execve()函式作用是引數的檢查複製；呼叫do_execve(),該do_execve()函式的流程是這樣的，首先查詢被執行的檔案，然後讀取檔案的前128個位元組以判斷檔案的格式是elf還是其它，最後執行相應的操作；最後呼叫search_binary_handle(),該函式的流程為通過判斷檔案頭部的模數確定檔案的格式，並且呼叫相應的裝載處理程式。ELF可執行檔案的裝載處理過程叫load_elf_binary()。該函式的執行流程可以分為以下五步。

1.檢查ELF可執行檔案格式的有效性。

2.找到動態連結器的路徑，為動態連結準備。

3.讀取可執行檔案的程式頭，並且建立虛擬空間與可執行檔案的對映關係。

4.初始化ELF程序環境。

5.將系統呼叫的返回地址修改成ELF可執行檔案的入口點。