课本：第七章 可执行程序工作原理

• 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。
  • ELF格式
    • 主体是各种节，还有描述这些节属性的信息(Program header table和Section header table)，以及ELF文件的整体描述信息(ELF header)。整体如下图所示：
      
    • ELF Header
    • Section Header
    • Program Header
  • 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
• 链接与库
  • 链接
    • 从过程上讲：符号解析、重定位。
    • 根据链接时机：静态链接、动态链接。
• 程序装载
  • exec函数：sys_execve()系统调用
  • 调用关系：sys_execve() -> do_execve() -> do_execve_common() -> exec_binprm() -> search_binary_handler() -> load_elf_binary() -> start_thread()
  • fork与execve的区别和联系
    • 都是比较特殊的系统调用
    • fork在陷入内核态后有两次返回，第一次返回到原来父进程的位置继续向下执行，第二次是在子进程返回，这次会返回到ret_from_fork，之后正常返回用户态。
    • execve在执行时陷入内核态，在内核中调用execve加载的可执行文件把当前进程的可执行程序给覆盖了，当其返回时，返回的已经不是原来的那个可执行程序了，而是新的程序，返回的是新的可执行程序执行的起点，即main函数的大致位置（一般地址为0x8048xxx，由编译器设定）
• 内核支持多格式是在执行execve时，它加载了文件的头部，来判断文件是什么格式，在链表中寻找能够解析这种文件格式的内核模块
• 两种加载方法
  • 静态库：直接执行可执行程序的入口

  • 动态库：由ld来动态链接这个程序，再把控制权移交给可执行程序的入口

    实验：Linux内核如何装载和启动一个可执行程序

    问题与总结