Linux内核如何装载和启动一个可执行程序

在了解Linux内核是如何装载和启动一个可执行程序的之前，我们首先要知道可执行文件的创建顺序，


可执行文件的创建顺序是先进行预处理，然后进行编译，再进行目标文件的连接，最后生成可执行文件。

接下来我们需要了解execve这个函数：

可执行程序的装载

命令行参数和shell环境，一般我们执行一个程序的Shell环境，我们的实验直接使用execve系统调用。

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[])

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

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：

1369 list_for_each_entry(fmt, &formats, lh) {

1370 if (!try_module_get(fmt->module))

1371 continue;

1372 read_unlock(&binfmt_lock);

1373 bprm->recursion_depth++;

1374 retval = fmt->load_binary(bprm);

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。

接下来我们通过实验来了解Linux内核是如何装载和启动一个可执行程序的。

首先我们先设三个断点sys_execve,load_elf_binary和start_threaad。



接下来开始跟踪整个流程，先在sys_execve处观察流程走向。







我们可以看到在sys_execve处主要是将命令行参数和环境变量传递到内核堆栈中去。

接下来看load_elf_binary处的程序，







这部分的代码主要是将elf二进制文件加载到内核。

再看start_thread，









可以看到，这部分代码的主要功能是修改内核堆栈，创建新堆栈，然后将命令行参数和环境变量拷贝到新程序堆栈中，再进行任务调度，运行新程序。而新程序的起始入口为elf_entry。

在实验中我们还能观测到新程序的入口地址为0x8048d0a。




实验总结：

对于Linux内核如何装载和启动一个可执行程序的，首先是通过sys_execve将函数的命令行参数和环境变量传递到内核堆栈中去，再由load_elf_binary将二进制文件加载到内核中去，再通过start_thread修改内核堆栈，创建新堆栈，然后将命令行参数和环境变量拷贝到新程序堆栈中，再进行任务调度，运行新程序。而新程序的起始入口为elf_entry。

作者 叶涛

《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000