2020-2021-1 20209315《Linux内核原理与分析》第八周作业

作业信息

这个作业属于哪个课程	<2020-2021-1Linux内核原理与分析）>
这个作业要求在哪里	<2020-2021-1Linux内核原理与分析第八周作业>
这个作业的目标	<通过ELF文件和exec函数了解可执行程序工作原理>
作业正文	<本博客链接>

• ELF目标文件格式
  • 目标文件：编译器生成的文件。
  • 目标文件的格式：out格式、COFF格式、PE(windows)格式、ELF(Linux)格式。
  • ELF(Executable and Linkable Format)即可执行和可链接的格式，是一个目标文件格式的标准。ELF格式的文件用于存储Linux程序。
  • ELF文件的3钟类型：可重定位文件、可执行文件、共享目标文件。
    • 可重定位文件：这种一般是中间文件，还需要继续处理。由汇编器和编译器创建，一个源代码文件会生成一个可重定位文件。文件中保存着代码和适当的数据，用来和其他的目标文件一起来创建一个可执行文件、静态库文件或者共享目标文件（即动态库文件）。如Linux下.c文件都会生成一个同名的.o文件，这就是可重定位目标文件。
    • 可执行文件：一般由多个可重定位文件结合生成，是完成了所有重定位工作和符号解析（除了运行时解析的共享库符号）的文件，文件中保存着一个用来执行的程序。
    • 共享目标文件：共享库，是指可以被可执行文件或其他库文件使用的目标文件，例如标准C的库文件libc.so。可以简单理解为没有主函数main的“可执行”文件，只有一堆函数可供其他可执行文件调用。Linux下共享库后缀为.so文件，代表shard object。
  • ELF文件作用：ELF文件参与程序的链接和程序的执行。
    • 如果用于编译和链接（可重定位文件），编译器和链接器将把ELF文件看作节的集合，所有节由节头表描述，程序头表可选。
    • 如果用于加载执行（可执行文件），加载器将把ELF文件看作程序头表描述的段的集合，一个段可能包含多个节和节头表可选。
    • 如果是共享文件，则两者都含有。
  • 对ELF进行研究的相关操作指令
    • man elf：详细格式定义。
    • readelf：用于显示一个或多个elf格式的目标文件的信息，后面可以使用多个参数，如-a、-h、-S、-l等。
    • objdump：显示二进制文件信息，有-f、-h、-r等一系列参数。
    • hexdump：用十六进制的数字来显示elf的内容。
  • 程序编译
    • 预处理：gcc -E hello.c -o hello.i
    • 编译：gcc -S hello.i -o hello.s -m32
    • 汇编：gcc -c hello.s -o hello.o -m32
      链接：gcc hello.o -o hello -m32 -static

Linux内核如何装载和启动一个可执行程

使用实验楼环境，首先移除LinuxKernel下的menu，从老师的github上clone一个新的menu目录,将exec加入到MenuOS中
指令如下所述：

rm -rf menu
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_exec.c test.c
make rootfs

查看添加的Exec函数：

使用make rootfs将menuOS在qemu下运行起来，在功能列表下发现增加了exec指令

重新打开一个shell用qemu -kernel ../linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s指令打开MenuOS进行调试

下面使用gdb对这个过程进行跟踪调试：

在sys_execve一处设置断点：

结束gdb调试，返回shell，在menu文件夹中使用readelf -h hello来查看hello的elf头部文件信息