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這篇文章主要介紹“Linux 應(yīng)用程序加載機制是什么”的相關(guān)知識，丸趣 TV 小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“Linux 應(yīng)用程序加載機制是什么”文章能幫助大家解決問題。

1. 父進(jìn)程的行為: 復(fù)制，等待

執(zhí)行應(yīng)用程序的方式有很多，從 shell 中執(zhí)行是一種常見的情況。交互式 shell 是一個進(jìn)程 (所有的進(jìn)程都由 pid 號為 1 的 init 進(jìn)程 fork 得到，關(guān)于這個話題涉及到 Linux 啟動和初始化，以及 idle 進(jìn)程等，我們找一期文章講掉)，當(dāng)用戶在 shell 中敲入./test 執(zhí)行程序時，shell 先 fork() 出一個子進(jìn)程 (這也是很多文章中說的子 shell), 并且 wait() 這個子進(jìn)程結(jié)束，所以當(dāng) test 執(zhí)行結(jié)束后，又回到了 shell 等待用戶輸入(如果創(chuàng)建的是所謂的后臺進(jìn)程，shell 則不會等待子進(jìn)程結(jié)束，而直接繼續(xù)往下執(zhí)行)。所以 shell 進(jìn)程的主要工作是復(fù)制一個新的進(jìn)程，并等待它的結(jié)束。

2. 子進(jìn)程的行為: 執(zhí)行 應(yīng)用程序

2.1 execve()

另一方面, 在子進(jìn)程中會調(diào)用 execve()加載 test 并開始執(zhí)行。這是 test 被執(zhí)行的關(guān)鍵，下面我們詳細(xì)分析一下。execve（）是什么呢？

execve()是操作系統(tǒng)提供的非常重要的一個系統(tǒng)調(diào)用，在很多文章中被稱為 exec()系統(tǒng)調(diào)用 (注意和 shell 內(nèi)部 exec 命令不一樣)，其實在 Linux 中并沒有 exec() 這個系統(tǒng)調(diào)用，exec 只是用來描述一組函數(shù)，它們都以 exec 開頭，分別是：

#include int execl(const char *path, const char *arg, ...); int execlp(const char *file, const char *arg, ...); int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]); int execv(const char *path, char *const argv[]); int execvp(const char *file, char *const argv[]); int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

這幾個都是都是 libc 中經(jīng)過包裝的的庫函數(shù)，*** 通過系統(tǒng)調(diào)用 execve()實現(xiàn)(#define __NR_evecve 11，編號 11 的系統(tǒng)調(diào)用)。

exec 函數(shù)的作用是在當(dāng)前進(jìn)程里執(zhí)行可執(zhí)行文件，也就是根據(jù)指定的文件名找到可執(zhí)行文件，用它來取代當(dāng)前進(jìn)程的內(nèi)容，并且這個取代是不可逆的，即被替換掉的內(nèi)容不再保存，當(dāng)可執(zhí)行文件結(jié)束，整個進(jìn)程也隨之僵死。因為當(dāng)前進(jìn)程的代碼段，數(shù)據(jù)段和堆棧等都已經(jīng)被新的內(nèi)容取代，所以 exec 函數(shù)族的函數(shù)執(zhí)行成功后不會返回，失敗是返回 -1。可執(zhí)行文件既可以是二進(jìn)制文件，也可以是可執(zhí)行的腳本文件，兩者在加載時略有差別，這里主要分析二進(jìn)制文件的運行。

2.2 do_execve()

在用戶態(tài)下調(diào)用 execve()，引發(fā)系統(tǒng)中斷后，在內(nèi)核態(tài)執(zhí)行的相應(yīng)函數(shù)是 do_sys_execve()，而 do_sys_execve()會調(diào)用 do_execve()函數(shù)。do_execve()首先會讀入可執(zhí)行文件，如果可執(zhí)行文件不存在，會報錯。然后對可執(zhí)行文件的權(quán)限進(jìn)行檢查。

如果文件不是當(dāng)前用戶是可執(zhí)行的，則 execve()會返回 -1, 報 permission denied 的錯誤。否則繼續(xù)讀入運行可執(zhí)行文件時所需的信息(見 struct linux_binprm)。

Execve()- do_sys_execve()- do_execve()(check if file exist and if can be runed by current user)

2.3 search_binary_handler()

接著系統(tǒng)調(diào)用 search_binary_handler()，根據(jù)可執(zhí)行文件的類型(如 shell,a.out,ELF 等)，查找到相應(yīng)的處理函數(shù)(系統(tǒng)為每種文件類型創(chuàng)建了一個 struct linux_binfmt，并把其串在一個鏈表上，執(zhí)行時遍歷這個鏈表，找到相應(yīng)類型的結(jié)構(gòu)。如果要自己定義一種可

執(zhí)行文件格式，也需要實現(xiàn)這么一個 handler)。然后執(zhí)行相應(yīng)的 load_binary()函數(shù)開始加載可執(zhí)行文件。

2.4 load_elf_binary()

加載 elf 類型文件的 handler 是 load_elf_binary()，它先讀入 ELF 文件的頭部，根據(jù) ELF 文件的頭部信息讀入各種數(shù)據(jù) (header information)。再次掃描程序段描述表, 找到類型為 PT_LOAD 的段, 將其映射(elf_map()) 到內(nèi)存的固定地址上。如果沒有動態(tài)鏈接器的描述段, 把返回的入口地址設(shè)置成應(yīng)用程序入口。完成這個功能的是 start_thread(),start_thread()并不啟動一個線程，而只是用來修改了 pt_regs 中保存的 PC 等寄存器的值，使其指向加載的應(yīng)用程序的入口。這樣當(dāng)內(nèi)核操作結(jié)束，返回用戶態(tài)的時候，接下來執(zhí)行的就是應(yīng)用程序了。

2.5 load_elf_interp()

如果應(yīng)用程序中使用了動態(tài)鏈接庫，就沒有那么簡單了，內(nèi)核除了加載指定的可執(zhí)行文件，還要把控制權(quán)交給動態(tài)連接器 (program interpreter，ld.so in linux) 以處理動態(tài)鏈接的程序。內(nèi)核搜尋段表，找到標(biāo)記為 PT_INTERP 的段中所對應(yīng)的動態(tài)連接器的名稱，并使用 load_elf_interp()加載其映像，并把返回的入口地址設(shè)置成 load_elf_interp()的返回值，即動態(tài)鏈接器入口。當(dāng) execve 退出的時候動態(tài)鏈接器接著運行。動態(tài)連接器檢查應(yīng)用程序?qū)蚕磉B接庫的依賴性，并在需要時對其進(jìn)行加載, 對程序的外部引用進(jìn)行重定位。然后動態(tài)連接器把控制權(quán)交給應(yīng)用程序，從 ELF 文件（一個文件格式，我們抽一期單獨講解下）頭部中定義的程序進(jìn)入點開始執(zhí)行。(比如 test.c 中使用了 userlib.so 中函數(shù) foo(), 在編譯的時候這個信息被放進(jìn)了 test 這個 ELF 文件中，相應(yīng)的語句也變成了 call fakefoo()。當(dāng)加載 test 的時候，知道 foo()是一個外部調(diào)用, 于是求助于動態(tài)鏈接器，加載 userlib.so, 解析 foo()函數(shù)地址，然后讓 fakefoo()重定向到 foo(), 這樣 call foo()就成功了。)

關(guān)于“Linux 應(yīng)用程序加載機制是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識，可以關(guān)注丸趣 TV 行業(yè)資訊頻道，丸趣 TV 小編每天都會為大家更新不同的知識點。