内容一:实验报告相关说明
所学课程:《Linux内核分析》MOOC课程
链接:http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
内容二:可执行文件的创建(自己本身对这块不熟,是通过查资料来学习的,篇幅有点多)
2.1 预处理阶段
预处理过程读入源代码,检查包含预处理指令的语句和宏定义,并对源代码进行相应的转换,预处理过程还会删除程序中的注释和多余的空白字符。
其中预处理指令主要包括以下四个方面:
2.1.1 宏定义指令
预处理过程会把源代码中出现的宏标识符替换成宏定义时的值,常用的两种宏定义:
1 //声明一个标识符,全部用大写字母来定义宏 2 #define MAX_NUM 10 3 4 //带参数的#define指令(宏函数) 5 #define Cube(x) ((x)*(x)) 6 int i,num=1; 7 i=Cube(num);
2.1.2 条件编译指令
定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理,条件编译指令将决定哪些代码被编译,而哪些是不被编译的。
2.1.3 头文件包含指令
#include预处理指令的作用是在指令处展开被包含的文件。
程序中包含头文件有两种格式:#include <my.h>
#include "my.h"
2.1.4 特殊符号
预编译程序可以识别一些特殊的符号。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换,__FILE__,__LINE__,__TIME__ 等。
以下代码分别打印所在文件名和当前时间。
1 int main(int argc, char *argv[]) 2 { 3 printf("%s ",__FILE__); 4 printf("%s ",__TIME__); 5 return 0; 6 }
上述阶段对应 gcc -E -o hello.cpp hello.c -m32
2.2 编译阶段
在这个阶段中,Gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,Gcc把代码翻译成汇编语言。
对应gcc -x cpp-output -S -o hello.s hello.cpp -m32
2.3 汇编阶段
把编译阶段生成的”.s”文件转成目标文件,得到一个二进制文件,对应 gcc -x assembler -c hello.s -o hello.o -m32
2.4 链接阶段
函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。动态库在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时链接文件加载库。动态库一般后缀名为”.so”,Gcc在编译时默认使用动态库。
gcc -o hello hello.o -m32 (动态编译)
gcc -o hello.static hello.o -m32 -static(静态编译)
内容三:ELF可执行文件
3.1 目标文件有三类:
可重定位文件:文件保存着代码和适当的数据,用来和其他的object文件一起来创建一个可执行文件或者是一个共享文件。
可执行文件:一个可执行(executable)文件保存着一个用来执行的程序;该文件指出了exec(BA_OS)如何来创建程序进程映象。
共享object文件:一个共享object文件保存着代码和合适的数据,用来被两个链接器链接,分别是连接编辑器[请参看ld(SD_CMD)]、动态链接器
3.2 elf文件格式
用readelf -h hello看看elf文件内容: xingzhe@ubuntu:~$ readelf -h hello,右边为ELF的文件格式
ELF文件默认从0x8048000开始加载,上图的ELF头中Entry point address的内容为程序实际入口,当启动一个刚加载过可执行文件的进程时,就从此处执行。
内容四:可执行程序的执行环境,动态链接方式(从老师课件处摘抄的)
4.1 可执行环境
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命令行参数和shell环境,一般我们执行一个程序的Shell环境,我们的实验直接使用execve系统调用。
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$ ls -l /usr/bin 列出/usr/bin下的目录信息
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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
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例如,int main(int argc, char *argv[])
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又如, int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
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Shell会调用execve将命令行参数和环境参数传递给可执行程序的main函数
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int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);
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库函数exec*都是execve的封装例程
命令行参数和环境串都放在用户态堆栈中:
内容五:使用gdb跟踪分析一个execve系统调用
gdb调试前的准备:
1 $ cd LinuxKernel/ 2 3 $ rm menu -rf 4 5 $ git clone https://github.com/mengning/menu.git 6 7 $ move test_exec.c test.c 8 9 //查看Makefile文件可知道实验采用的是静态编译 10 rootfs: 11 gcc -o init linktable.c menu.c test.c -m32 -static -lpthread 12 gcc -o hello hello.c -m32 -static
启动内核后,执行exec,执行效果:
打断点
执行到第一个断点
继续执行,到了load_elf_binary
第三个断点:
查看new_ip指向:
使用$ readelf -h hello
对比下图中的黄色部分:地址相同,可以验证这是静态编译的可执行文件
紧接着之后修改了IP,SP。
内容六:小结
1:可执行文件的创建包括预处理、编译、汇编、链接四个阶段。
2:学习并了解了ELF文件的格式,了解了ELF文件头、段头表、text节等各个组成部分。
3:通过对源码的追踪分析,理解了可执行程序加载的大致流程。当执行到execve系统调用时,陷入内核态,用execve加载的可执行文件覆盖当前进程的可执行程序,当execve系统调用返回时,返回新的可执行程序的执行起点。
如果是静态链接,elf_entry指向可执行文件规定的头部(main函数对应的位置0x8048***)
如果需要依赖动态链接库,elf_entry指向动态链接器的起点。动态链接主要是由动态链接器ld来完成的。
4:对动态链接这一块说实话是不是很明白,还需要学习。