2018-2019-1 20189229 《Linux内核原理与分析》第八周作业
一、实验要求：
1.理解编译链接的过程和ELF可执行文件格式，详细内容参考本周第一节；
2.编程使用exec*库函数加载一个可执行文件，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，编程练习动态链接库的这两种使用方式，详细内容参考本周第二节；
3.使用gdb跟踪分析一个execve系统调用内核处理函数sys_execve ，验证您对Linux系统加载可执行程序所需处理过程的理解，详细内容参考本周第三节；推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。
4.特别关注新的可执行程序是从哪里开始执行的？为什么execve系统调用返回后新的可执行程序能顺利执行？对于静态链接的可执行程序和动态链接的可执行程序execve系统调用返回时会有什么不同？
二、实验过程
1.开始先更新内核，再把test_exec.c将test.c覆盖掉：
2.test.c文件中增加了exec系统调用，Makefile文件中增加了gcc -o hello hello.c -m32 -static，启动内核并且检验execv函数是否正确：
3.最后启动gdb调试：
4.在sys_execve处和其他的地方设置断点，并进行单步执行：
5.最后退出调试状态后输入redelf -h hello可以查看hello的EIF头部：
三、实验分析：
1.elf头部分析：
可见elf头大小为52字节，用dump命令16进制读取前52个字节进行分析
命令：hexdump –x hello –n 52
分析：
第一行，对应e_ident[EI_NIDENT]。小端法实际表示内容为7f454c46010101000000000000000000,前四个字节为elf固定开头7f454c46(0x45,0x4c,0x46是'e','l','f'对应的ascii编码），表示这是一个ELF对象。接下来的一个字节01表示是一个32位对象，接下来的一个字节01表示是小端法表示，再接下来的一个字节01表示文件头版本。剩下的默认都设置为0.
第二行，e_type值为0x0002，表示是一个可执行文件。e_machine值为0x0003，表示是intel80386处理器体系结构。e_version值为0x00000001，表示是当前版本。e_entry值为0x04080a8d，表示入口点。e_phoff值为0x00000034，表示程序头表的偏移量为0x34即52个字节刚好是elf头大小。
第三行，e_shoff值为0x000a20f0，表示节头表的偏移地址。e_flags值为0x00000000，表示未知处理器特定标志。e_ehsize值为0x0034，表示elf文件头大小52个字节。e_phentsize表示一个程序头表中的入口（程序头）的长度，值为0x0020即32字节。e_phnum的值为0x0006，给出程序头表中的入口数目。e_shentsize值为0x0028表示节头表入口（节头）大小为40字节。
第四行，e_shnum值为0x001f，表示节头表入口有31个。e_shstrndx值为0x001c，表示节名串表的在节表中的索引号。
2.exec()函数结构分析
int do_execve(struct filename *filename,
const char __user *const __user *__argv,
const char __user *const __user *__envp)
{
return do_execve_common(filename, argv, envp);
}
static int do_execve_common(struct filename *filename,
struct user_arg_ptr argv,
struct user_arg_ptr envp)
{
// 检查进程的数量限制
// 选择最小负载的CPU，以执行新程序
sched_exec();
// 填充 linux_binprm结构体
retval = prepare_binprm(bprm);
// 拷贝文件名、命令行参数、环境变量
retval = copy_strings_kernel(1, &bprm->filename, bprm);
retval = copy_strings(bprm->envc, envp, bprm);
retval = copy_strings(bprm->argc, argv, bprm);
// 调用里面的 search_binary_handler
retval = exec_binprm(bprm);
// exec执行成功
}
static int exec_binprm(struct linux_binprm *bprm)
{
// 扫描formats链表，根据不同的文本格式，选择不同的load函数
ret = search_binary_handler(bprm);
// ...
return ret;
}
总结
上一周的学习实验中，我了解到了fork()数的单步执行过程，并且看到了fork()函数的结构。而对于本周学习的exec()函数的结构，我也进行了查看和分析。
由以上代码可知，do_ execve调用了do_ execve_ common，而do_ execve_ common又主要依靠了exec_ binprm，在exec_ binprm中又有一个至关重要的函数，叫做search_binary_ handler。这就是sys_execve的内部处理过程。 而本周学习的重点就是，文件处理的过程：
预处理：gcc –E –o hello.cpp hello.c -m32 （负责把include的文件包含进来，宏替换）
编 译：gcc -x cpp-output –S hello.s –o hello.cpp -m32（gcc –S调用ccl,编译成汇编代码）
汇 编：gcc -x assembler –c hello.s –o hello.o; （gcc -c 调用as,得到二进制文件）
链 接：gcc –o hello hello.o ;gcc -o （调用ld形成目标可执行文件）
链接分为静态链接和动态链接。静态链接生成三种主要ELF目标文件:
1.可重定位文件：
保存代码和适当的数据，用来和其他object文件一起创建一个可执行文件或一个共享文件。主要是.o文件。
2.可执行文件：
保存一个用来执行的程序，指出了exec(BA_OS)如何来创建程序进程映象，怎么把文件加载出来以及从哪里开始执行。
3.共享文件：
保存着代码和数据用来被以下两个链接器链接。
一是链接编译器，可以和其他的可重定位和共享文件创建其他的object文件；
二是动态链接器，联合一个可执行文件和其他 共享文件来创建一个进程映象。主要是.so文件。
eip也是一个重要的概念，对于eip，如果是静态链接的可执行文件，那么eip指向该elf文件的文件头e_entry所指的入口地址；
如果是动态链接，eip指向动态链接器。而对于execve执行静态链接程序时，通过修改内核堆栈中保存的eip的值作为新进程的起点。
