朱宇轲 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
linux中主要的可执行文件为ELF文件，我们可以将它装载到自己的程序中，这次我们就将分析linux装载可执行程序的过程。
首先明确一点，装载可执行程序有两种方式：静态链接与动态链接。所谓静态链接，就是在程序执行之前完成所有链接工作，组成一个可执行文件，放到内存执行。这样做的缺点是，当有多个文件要链接同一份可执行文件时，内存中会有多份这个可执行文件的拷贝，这在一定程度上就是一种对内存的浪费。因此，人们又发明了动态链接的概念，它指的是程序执行前并不将所有的模块组装在一起，而是在需要用到这个模块的时候再完成链接工作，这样相比静态链接就更加灵活，也节省了内存。
动态链接分为装载时动态链接和运行时动态链接，大家可有兴趣可以进一步了解一下。
基础知识普及完毕，接着我们来分析linux具体是如何装载可执行程序的。
linux装载可执行程序的系统调用是execve，它和fork函数一样，在执行的过程中会更改执行完毕后返回的代码段。
它的工作是首先读入传入的文件名、参数和环境变量，然后调用解析链表寻找解析该可执行文件的结构：
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);
比如我们读入了ELF文件，那它就要在链表中寻找ELF文件的解析器。这里注意运用了观察者模式：linux会将各种解析器预先注册，当添加了新的解析器后，就会更改解析的链表。比如ELF文件中是这样的：
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,
};
在这里，它定义load_lef_binary为解析器load_binary的具体实现（其实就是一种多态），之后将该结构体注册到解析器的链表中，从此再遇到ELF文件，搜索解析器链表，就可以找到专门解析这种文件的解析器了。
static int __init init_elf_binfmt(void)
{
register_binfmt(&elf_format);
return 0;
}
在ELF自己的解析函数load_elf_binary中，对于静态链接和动态链接，处理过程是不一样的。
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);
对于动态链接，这段代码直接执行elf_interpreter的部分，此时会装载一个动态链接器，由它再进行具体的内存管理，这里暂且不讨论。
对于静态链接，则直接执行else的部分，此时会将ELF代码段的入口地址付给elf_entry变量。
之后会执行start_thread函数，该函数将进程上下文压栈，同时将elf_entry赋给ip,对于静态链接来说，也就是使代码跳出内核态后执行的第一条代码就是ELF的入口处代码。
这样一来，就可以实现装载可执行程序的功能了。
总结：
本博客讨论了linux装载可执行程序的过程，装载的可执行程序分为静态和动态链接两种方式。在解析可执行文件时，linux利用了多态机制和观察者模式，并在解析过程中改变内核堆栈的EIP地址，从而实现将执行的下一条代码更改到可执行程序的作用。
实验过程是基于实验楼的系统，这里显示几张截图：
设置sys_execve、load_elf_bianry、start_thread等系统调用作为断点进行调试，从第三张图可以发现，传入start_thread的elf_entry地址和我们链接的可执行文件hello的地址是一样的，这就说明，通过start_thread，系统将hello的程序入口地址设置为系统堆栈EIP的指向，从而使得重新回到用户态之后首先执行hello。
今天的分析就到这里，谢谢大家。
