Linux内核如何装载和启动一个可执行程序

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        本次的实验我们要分析一下Linux系统如何装载和启动一个可执行程序。首先我们分析一下其装载过程，然后用gdb对其进行跟踪。

首先我们要从C代码到可执行程序的几个步骤，如下：



预处理：将C源程序翻译成.i文件，把include的文件包含进来及进行宏替换；

编译：将.c转换为.s汇编文件；

汇编：将.s汇编文件转换为目标文件.o；

链接：将目标文件转换为可执行目标文件；

接下来我们需要了解execve这个函数：

可执行程序的装载
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。

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，
例如，int main(int argc, char *argv[])
又如， int main(int argc, char *argv[], char *envp[])

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：

int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);
库函数exec*都是execve的封装例程，

sys_execve内部会解析可执行文件格式，

do_execve -> do_execve_common ->  exec_binprm

search_binary_handler符合寻找文件格式对应的解析模块，如下：

1369    list_for_each_entry(fmt, &formats, lh) {

1370        if (!try_module_get(fmt->module))

1371            continue;

1372        read_unlock(&binfmt_lock);

1373        bprm->recursion_
4000
depth++;

1374        retval = fmt->load_binary(bprm);

1375        read_lock(&binfmt_lock);

由以上分析我们可以得到execve系统调用的处理过程：

sys_execve——do_execve——do_execve_common(do_open_exec、exec_binprm)

exece_binprm——search_binary_handler——list_for_each_entry——load_binary

 

接下来我们通过实验来了解Linux内核是如何装载和启动一个可执行程序的；创建新的test.c文件如下，其中增加了一个选项exec：



首先我们先设三个断点sys_execve，load_elf_binary和start_threaad用于跟踪：



接下来开始跟踪整个流程：





我们可以看到在sys_execve处主要是将命令行参数和环境变量传递到内核堆栈中去。

接下来跟踪到load_elf_binary处的程序中去：





这部分的代码主要是将elf二进制文件加载到内核。最后是start_thread，继续进行跟踪：









可以看到，这部分代码的主要功能是修改内核堆栈，创建新堆栈，然后将命令行参数和环境变量拷贝到新程序堆栈中，再进行任务调度，运行新程序。而新程序的起始入口为elf_entry。

总结：

  对于Linux内核如何装载和启动一个可执行程序的，首先是通过sys_execve将函数的命令行参数和环境变量传递到内核堆栈中去，再由load_elf_binary将二进制文件加载到内核中去，再通过start_thread修改内核堆栈，创建新堆栈，然后将命令行参数和环境变量拷贝到新程序堆栈中，再进行任务调度，运行新程序。而新程序的起始入口为elf_entry。