linux裝載可執行程式簡析

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朱宇軻 + 原創作品轉載請註明出處 + 《Linux核心分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

linux中主要的可執行檔為ELF檔案，我們可以將它裝載到自己的程式中，這次我們就將分析linux裝載可執行程式的過程。

首先明確一點，裝載可執行程式有兩種方式：靜態連結與動態連結。所謂靜態連結，就是在程式執行之前完成所有連結工作，組成一個可執行檔，放到記憶體執行。這樣做的缺點是，當有多個檔案要連結同一份可執行檔時，記憶體中會有多份這個可執行檔的拷貝，這在一定程度上就是一種對記憶體的浪費。因此，人們又發明了動態連結的概念，它指的是程式執行前並不將所有的模組組裝在一起，而是在需要用到這個模組的時候再完成連結工作，這樣相比靜態連結就更加靈活，也節省了記憶體。

動態連結分為裝載時動態連結和運行時動態連結，大家可有興趣可以進一步瞭解一下。

 基礎知識普及完畢，接著我們來分析linux具體是如何裝載可執行程式的。

linux裝載可執行程式的系統調用是execve，它和fork函數一樣，在執行的過程中會更改執行完畢後返回的程式碼片段。

它的工作是首先讀入傳入的檔案名稱、參數和環境變數，然後調用解析鏈表尋找解析該可執行檔的結構：

list_for_each_entry(fmt, &formats, lh) {        if (!try_module_get(fmt->module))            continue;        read_unlock(&binfmt_lock);        bprm->recursion_depth++;        retval = fmt->load_binary(bprm);        read_lock(&binfmt_lock);

比如我們讀入了ELF檔案，那它就要在鏈表中尋找ELF檔案的解析器。這裡注意運用了觀察者模式：linux會將各種解析器預先註冊，當添加了新的解析器後，就會更改解析的鏈表。比如ELF檔案中是這樣的：

static struct linux_binfmt elf_format = {  .module     = THIS_MODULE,  .load_binary    = load_elf_binary,  .load_shlib = load_elf_library,  .core_dump  = elf_core_dump,  .min_coredump   = ELF_EXEC_PAGESIZE,};

　在這裡，它定義load_lef_binary為解析器load_binary的具體實現（其實就是一種多態），之後將該結構體註冊到解析器的鏈表中，從此再遇到ELF檔案，搜尋解析器鏈表，就可以找到專門解析這種檔案的解析器了。

static int __init init_elf_binfmt(void){    register_binfmt(&elf_format);    return 0;}

在ELF自己的解析函數load_elf_binary中，對於靜態連結和動態連結，處理過程是不一樣的。

if (elf_interpreter) {unsigned long interp_map_addr = 0;elf_entry = load_elf_interp(&loc->interp_elf_ex,    interpreter,    &interp_map_addr,    load_bias);if (!IS_ERR((void *)elf_entry)) {/* * load_elf_interp() returns relocation * adjustment */interp_load_addr = elf_entry;elf_entry += loc->interp_elf_ex.e_entry;}if (BAD_ADDR(elf_entry)) {retval = IS_ERR((void *)elf_entry) ?(int)elf_entry : -EINVAL;goto out_free_dentry;}reloc_func_desc = interp_load_addr;allow_write_access(interpreter);fput(interpreter);kfree(elf_interpreter);} else {elf_entry = loc->elf_ex.e_entry;if (BAD_ADDR(elf_entry)) {retval = -EINVAL;goto out_free_dentry;}}
...
start_thread(regs,elf_entry,bprm->p);

對於動態連結，這段代碼直接執行elf_interpreter的部分，此時會裝載一個動態連結器，由它再進行具體的記憶體管理，這裡暫且不討論。

對於靜態連結，則直接執行else的部分，此時會將ELF程式碼片段的入口地址付給elf_entry變數。

之後會執行start_thread函數，該函數將進程上下文壓棧，同時將elf_entry賦給ip,對於靜態連結來說，也就是使代碼跳出核心態後執行的第一條代碼就是ELF的入口處代碼。

這樣一來，就可以實現裝載可執行程式的功能了。

總結：

　　本部落格討論了linux裝載可執行程式的過程，裝載的可執行程式分為靜態和動態連結兩種方式。在解析可執行檔時，linux利用了多態機制和觀察者模式，並在解析過程中改變核心堆棧的EIP地址，從而實現將執行的下一條代碼更改到可執行程式的作用。

實驗過程是基於實驗樓的系統，這裡簡單顯示幾張：

 

linux裝載可執行程式簡析