可执行程序的生成过程

1.可执行程序的生成过程

以一个简单的输出hello，world的程序作为示例

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello,world");
}

1）首先进行预处理：在命令行中输入gcc -E -o hello.cpp hello.c -m32,

-m32 -m64 生成32位/64位机器上的代码
-E 仅作预处理，不进行编译、汇编和链接

2)编译到汇编语言 gcc -x cpp-output -S -o hello.s hello.cpp -m32

-S 仅编译到汇编语言，不进行汇编和链接

3)汇编成目标文件：gcc -x assembler -c hello.s -o hello.o -m32，这时输出文件hello.o已经是一个二进制文件了

-x language 指明使用的编程语言。允许的语言包括：c c++ assembler none 。 ‘none’意味着恢复默认行为，即根据文件的扩展名猜测源文件的语言。

-c 编译、汇编到目标代码，不进行链接　　　　

4）链接成可执行文件 gcc -o hello hello.o,接着输入./hello可看到输出结果

-o outfile 指定输出文件

5）若使用静态编译可添加选项-static , gcc -o hello.static hello.o -static
-static 在支持动态链接的系统上，阻止连接共享库。该选项在其它系统上无效
二.可执行文件内部的结构

　　ABI:应用程序二进制接口

二进制兼容：某个程序（或库）有依赖其他库A，当库A升级时可以做到向后兼容，则程序（或库）功能不受影响。

ELF格式有三种目标文件：

可重定位文件（relocatable）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，主要值.o文件

可执行文件（executable)保存着一个用来执行的程序，该文件指出了exec(BA_OS)如何来闯进啊程序进程映像

共享object文件：保存有代码和合适的数据，用来被下面的两个链接器链接。第一个是链接编辑器，可以和其他的可重定位和共享object文件来创建其他的object。第二个是动态链接器，联合一个可执行文件和其他共享object文件来创建一个进程映像

目标文件：参与程序的链接（创建一个程序）和程序的执行（运行一个程序　　）　　

下图为ELF文件的两个视角：Linking View和Execution View

ELF header:保存了路线图（road map），描述了该文件的组织情况

程序头表（program header table）:告诉系统如何闯进啊一个进程的内存映像

Section 头表（section header table）:包含描述文件section的信息。每个section在这个表中有一个入口，每个入口给出了该section的名字，大小

可以使用 readelf -h 选项来查看ELF文件的头部信息，如下图所示　　

当创建或增加一个进程映像的时候，系统在理论上将拷贝一个文件的段到虚拟内存段。

如上图所示，Text segment将拷贝到虚拟内存的0x8048100地址，可执行程序的格式和进程的地址空间有映射关系。

进程加载一个可执行文件的时候从虚拟地址空间的0x8048000处加载，首先是ELF头，程序开始执行的第一行代码的地址有ELF头里的enter point (程序入口点地址给出)，一般静态链接文件只有一个代码段，动态链接有多个代码段。

三.可执行程序的装载

1.执行环境

命令行参数和shell环境，一般我们执行一个程序的Shell环境

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[])，envp 是shell的执行环境，一帮由shell设置。下面是一段示例程序

2.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

调用execve时先是通过函数调用参数传递的方式把参数传递给execve，接着execve再构造一个main函数的参数传递栈。

3.可执行程序装载时动态链接和运行时动态链接

动态链接分为可执行程序装载时动态链接和运行时动态链接，如下代码演示了这两种动态链接。

准备.so文件

shlibexample.h (1.3 KB) - Interface of Shared Lib Example

/********************************************************************/
/* Copyright (C) SSE@USTCSZ, 2012                                   */
/*                                                                  */
/*  FILE NAME             :  shlibexample.h                         */
/*  PRINCIPAL AUTHOR      :  Mengning                               */
/*  SUBSYSTEM NAME        :                                         */
/*  MODULE NAME           :                                         */
/*  LANGUAGE              :  C                                      */
/*  TARGET ENVIRONMENT    :  ANY                                    */
/*  DATE OF FIRST RELEASE :  2012/5/3                               */
/*  DESCRIPTION           :  Interface of Shared Lib Example        */
/********************************************************************/

/*
 * Revision log:
 *
 * Created by Mengning,2012/5/3
 *
 */

#ifndef _SH_LIB_EXAMPLE_H_
#define _SH_LIB_EXAMPLE_H_

#define SUCCESS 0
#define FAILURE (-1)

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Shared Lib API Example
 * input    : none
 * output    : none
 * return    : SUCCESS(0)/FAILURE(-1)
 *
 */
int SharedLibApi();


#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* _SH_LIB_EXAMPLE_H_ */

shlibexample.c (1.2 KB) - Implement of Shared Lib Example

/********************************************************************/
/* Copyright (C) SSE@USTCSZ, 2012                                   */
/*                                                                  */
/*  FILE NAME             :  shlibexample.c                         */
/*  PRINCIPAL AUTHOR      :  Mengning                               */
/*  SUBSYSTEM NAME        :                                         */
/*  MODULE NAME           :                                         */
/*  LANGUAGE              :  C                                      */
/*  TARGET ENVIRONMENT    :  ANY                                    */
/*  DATE OF FIRST RELEASE :  2012/5/3                               */
/*  DESCRIPTION           :  Implement of Shared Lib Example        */
/********************************************************************/

/*
 * Revision log:
 *
 * Created by Mengning,2012/5/3
 *
 */


#include <stdio.h>
#include "shlibexample.h"

/*
 * Shared Lib API Example
 * input    : none
 * output    : none
 * return    : SUCCESS(0)/FAILURE(-1)
 *
 */
int SharedLibApi()
{
    printf("This is a shared libary!\n");
    return SUCCESS;
}

编译成libshlibexample.so文件

$ gcc -shared shlibexample.c -o libshlibexample.so -m32

dllibexample.h (1.3 KB) - Interface of Dynamical Loading Lib Example

/********************************************************************/
/* Copyright (C) SSE@USTCSZ, 2012                                   */
/*                                                                  */
/*  FILE NAME             :  dllibexample.h                         */
/*  PRINCIPAL AUTHOR      :  Mengning                               */
/*  SUBSYSTEM NAME        :                                         */
/*  MODULE NAME           :                                         */
/*  LANGUAGE              :  C                                      */
/*  TARGET ENVIRONMENT    :  ANY                                    */
/*  DATE OF FIRST RELEASE :  2012/5/3                               */
/*  DESCRIPTION           :  Interface of Dynamical Loading         */
/*                           Lib Example                            */
/********************************************************************/

/*
 * Revision log:
 *
 * Created by Mengning,2012/5/3
 *
 */

#ifndef _DL_LIB_EXAMPLE_H_
#define _DL_LIB_EXAMPLE_H_



#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Dynamical Loading Lib API Example
 * input    : none
 * output    : none
 * return    : SUCCESS(0)/FAILURE(-1)
 *
 */
int DynamicalLoadingLibApi();


#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* _DL_LIB_EXAMPLE_H_ */

dllibexample.c (1.3 KB) - Implement of Dynamical Loading Lib Example

/********************************************************************/
/* Copyright (C) SSE@USTCSZ, 2012                                   */
/*                                                                  */
/*  FILE NAME             :  dllibexample.c                         */
/*  PRINCIPAL AUTHOR      :  Mengning                               */
/*  SUBSYSTEM NAME        :                                         */
/*  MODULE NAME           :                                         */
/*  LANGUAGE              :  C                                      */
/*  TARGET ENVIRONMENT    :  ANY                                    */
/*  DATE OF FIRST RELEASE :  2012/5/3                               */
/*  DESCRIPTION           :  Implement of Dynamical Loading         */
/*                           Lib Example                            */
/********************************************************************/

/*
 * Revision log:
 *
 * Created by Mengning,2012/5/3
 *
 */

#include <stdio.h>
#include "dllibexample.h"

#define SUCCESS 0
#define FAILURE (-1)

/*
 * Dynamical Loading Lib API Example
 * input    : none
 * output    : none
 * return    : SUCCESS(0)/FAILURE(-1)
 *
 */
int DynamicalLoadingLibApi()
{
    printf("This is a Dynamical Loading libary!\n");
    return SUCCESS;
}

编译成libdllibexample.so文件

$ gcc -shared dllibexample.c -o libdllibexample.so -m32

分别以共享库和动态加载共享库的方式使用libshlibexample.so文件和libdllibexample.so文件

main.c (1.9 KB) - Main program

/********************************************************************/
/* Copyright (C) SSE@USTCSZ, 2012                                   */
/*                                                                  */
/*  FILE NAME             :  main.c                                 */
/*  PRINCIPAL AUTHOR      :  Mengning                               */
/*  SUBSYSTEM NAME        :                                         */
/*  MODULE NAME           :                                         */
/*  LANGUAGE              :  C                                      */
/*  TARGET ENVIRONMENT    :  ANY                                    */
/*  DATE OF FIRST RELEASE :  2012/5/3                               */
/*  DESCRIPTION           :  Main program                           */
/********************************************************************/

/*
 * Revision log:
 *
 * Created by Mengning,2012/5/3
 *
 */


#include <stdio.h>

#include "shlibexample.h" 

#include <dlfcn.h>

/*
 * Main program
 * input    : none
 * output    : none
 * return    : SUCCESS(0)/FAILURE(-1)
 *
 */
int main()
{
    printf("This is a Main program!\n");
    /* Use Shared Lib */
    printf("Calling SharedLibApi() function of libshlibexample.so!\n");
    SharedLibApi();
    /* Use Dynamical Loading Lib */
    void * handle = dlopen("libdllibexample.so",RTLD_NOW);
    if(handle == NULL)
    {
        printf("Open Lib libdllibexample.so Error:%s\n",dlerror());
        return   FAILURE;
    }
    int (*func)(void);
    char * error;
    func = dlsym(handle,"DynamicalLoadingLibApi");
    if((error = dlerror()) != NULL)
    {
        printf("DynamicalLoadingLibApi not found:%s\n",error);
        return   FAILURE;
    }    
    printf("Calling DynamicalLoadingLibApi() function of libdllibexample.so!\n");
    func();  
    dlclose(handle);       
    return SUCCESS;
}

编译main，注意这里只提供shlibexample的-L（库对应的接口头文件所在目录）和-l（库名，如libshlibexample.so去掉lib和.so的部分），并没有提供dllibexample的相关信息，只是指明了-ldl

$ gcc main.c -o main -L/path/to/your/dir -lshlibexample -ldl -m32
$ export LD_LIBRARY_PATH=$PWD #将当前目录加入默认路径，否则main找不到依赖的库文件，当然也可以将库文件copy到默认路径下。
$ ./main
This is a Main program!
Calling SharedLibApi() function of libshlibexample.so!
This is a shared libary!
Calling DynamicalLoadingLibApi() function of libdllibexample.so!
This is a Dynamical Loading libary!

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：
1. 1369 list_for_each_entry(fmt, &formats, lh) {
2. 1370 if (!try_module_get(fmt->module))
3. 1371 continue;
4. 1372 read_unlock(&binfmt_lock);
5. 1373 bprm->recursion_depth++;
6. 1374 retval = fmt->load_binary(bprm);
7. 1375 read_lock(&binfmt_lock);
对于ELF格式的可执行文件fmt->load_binary(bprm);执行的应该是load_elf_binary 其内部是和ELF文件格式解析的部分需要和ELF文件格式标准结合起来阅读
Linux内核是如何支持多种不同的可执行文件格式的？
1. 82static struct linux_binfmt elf_format = {
2. 83 .module = THIS_MODULE,
3. 84 .load_binary = load_elf_binary,
4. 85 .load_shlib = load_elf_library,
5. 86 .core_dump = elf_core_dump,
6. 87 .min_coredump = ELF_EXEC_PAGESIZE,
7. 88};
1. 2198static int __init init_elf_binfmt(void)
2. 2199{
3. 2200 register_binfmt(&elf_format);
4. 2201 return 0;
5. 2202}

elf_format和 init_elf_binfmt，就是观察者模式中的观察者

execve系统调用返回到用户态

修改int 0x80压入内核堆栈的EIP

load_elf_binary->start_thread

start_thread的new_ip从ELF文件中获得

　动态加载时将elf_entry的值设为动态库加载程序的入口地址。

SYS_execve的执行过程

三.GDB跟踪execve系统调用

posted @ 2016-04-10 21:55 ceibaf 阅读(543) 评论(0) 编辑收藏举报

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可执行程序的生成过程

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