c - 内核如何获取在linux下运行的可执行二进制文件？

Question

内核如何获取在linux下运行的可执行二进制文件？

这似乎是一个简单的问题，但谁能帮我深入挖掘？如何将文件加载到内存以及如何开始执行代码？

谁能帮我一步一步地告诉我发生了什么？

Answer 1

最美瞬间exec Linux 4.0 上的系统调用

找出所有这些的最好方法是使用 QEMU 对 GDB 内核进行逐步调试:How to debug the Linux kernel with GDB and QEMU?

fs/exec.c在 SYSCALL_DEFINE3(execve 定义系统调用

只需转发到 do_execve .

do_execve
转发至 do_execveat_common .

do_execveat_common
要查找下一个主要函数，请跟踪何时返回值 retval最后修改。

开始构建 struct linux_binprm *bprm描述程序，并将其传递给 exec_binprm执行。

exec_binprm
再次按照返回值查找下一个主要调用。

search_binary_handler

处理程序由可执行文件的第一个魔术字节确定。

两个最常见的处理程序是用于解释文件( #! 魔法)和用于 ELF( \x7fELF 魔法)的处理程序，但内核中还有其他内置处理程序，例如a.out .用户也可以通过/proc/sys/fs/binfmt_misc自行注册

ELF 处理程序定义在 fs/binfmt_elf.c .

另见:Why do people write the #!/usr/bin/env python shebang on the first line of a Python script?

formats列表包含所有处理程序。

每个处理程序文件包含如下内容:

static int __init init_elf_binfmt(void)
{
    register_binfmt(&elf_format);
    return 0;
}

和 elf_format是 struct linux_binfmt在该文件中定义。
__init是魔法并将该代码放入内核启动时调用的魔法部分:What does __init mean in the Linux kernel code?

链接器级依赖注入(inject)!

还有一个递归计数器，以防解释器无限执行。

尝试这个:

echo '#!/tmp/a' > /tmp/a
chmod +x /tmp/a
/tmp/a

我们再次跟踪返回值，看看接下来会发生什么，看看它来自:

retval = fmt->load_binary(bprm);

哪里load_binary为结构上的每个处理程序定义:C 风格的多态性。

fs/binfmt_elf.c:load_binary
是否实际工作:

根据ELF规范解析ELF文件，这里是ELF文件格式的概述:How to make an executable ELF file in Linux using a hex editor?

根据解析的 ELF 文件设置进程初始程序状态，最值得注意的是:

struct pt_regs 中的初始寄存器设置

初始 virtual memory设置，内存在 ELF 段中指定:What's the difference of section and segment in ELF file format

调用 start_thread ，这将进程标记为可供调度程序调度

最终调度程序决定运行该进程，然后它必须跳转到存储在 struct pt_regs 中的 PC 地址。同时也转移到较低特权的 CPU 状态，例如 Ring 3/EL0:What are Ring 0 and Ring 3 in the context of operating systems?

调度程序会被时钟硬件定期唤醒，该硬件会按照内核之前的配置定期生成中断，例如 the old x86 PIT或 ARM timer .内核还注册在定时器中断被触发时运行调度程序代码的处理程序。

TODO:继续进一步的源代码分析。我希望接下来会发生什么:

内核解析 ELF 的 INTERP header 以找到动态加载器(通常设置为 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 )。

如果存在:

内核将动态加载器和要执行的 ELF 映射到内存

动态加载器启动，获取指向内存中 ELF 的指针。

现在在用户空间中，加载器以某种方式解析 elf header ，并执行 dlopen关于他们

dlopen使用可配置的搜索路径来查找这些库(ldd 和 friend )，将它们映射到内存，并以某种方式通知 ELF 在哪里可以找到其丢失的符号

loader 调用 _start Sprite 族

否则，内核会直接将可执行文件加载到内存中，而无需动态加载器。

因此，它必须特别检查可执行文件是否为 PIE 以及是否将其放置在内存中的随机位置:What is the -fPIE option for position-independent executables in gcc and ld?