《Linux内核原理与分析》第八周作业

一.本周内容概述：

• 理解编译链接的过程和ELF可执行文件格式
• 编程练习动态链接库的两种使用方式
• 使用gdb跟踪分析一个execve系统调用内核处理函数sys_execve

二.本周学习内容：

1.理解编译链接的过程和ELF可执行文件格式

ELF(Executable and Linking Format)是一种对象文件的格式，用于定义不同类型的对象文件(Object files)中都放了什么东西、以及都以什么样的格式去放这些东西。它自最早在 System V 系统上出现后，被 xNIX 世界所广泛接受，作为缺省的二进制文件格式来使用。

所谓对象文件(Object files)有三个种类：

• 可重定位的对象文件(Relocatable file)
• 可执行的对象文件(Executable file)
• 可被共享的对象文件(Shared object file)

  ELF文件格式如图所示：

  

  ELF文件由4部分组成，分别是ELF头（ELF header）、程序头表（Program header table）、节（Section）和节头表（Section header table）。实际上，一个文件中不一定包含全部内容，而且他们的位置也未必如同所示这样安排，只有ELF头的位置是固定的，其余各部分的位置、大小等信息有ELF头中的各项值来决定。

ELF文件：ELF（Excutable and Linking Format）是一个文件格式的标准。通过readelf-h hello查看可执行文件hello的头部（-a查看全部信息，-h只查看头部信息），头部里面注明了目标文件类型ELF32。Entry point address是程序入口，地址为0x400440

2.实验楼实验内容：使用gdb跟踪分析一个execve系统调用内核处理函数

exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件，如果不是可以执行的文件，那么就解释成为一个shell文件，shell执行。

• 更新linux/kernel下的menu，并将test_exec变成test.c

  实践截图如下：

  

• 进入内核，查看exec命令是否添加进入内核

  实践截图如下：

  

• 横屏打开另一个终端,进行gdb追踪

remote target:1234

实践截图如下：

• 在sys_execve处和其他的地方设置断点，并进行单步执行

  实践截图如下：

  

  

  

• 最后退出调试状态后输入redelf -h hello可以查看hello的EIF头部

  实践截图如下：

  

• 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

实践截图如下：

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。

三.总结与疑难

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：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。

文件处理的过程包括：

• 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）

四.下周计划

• [ ] 完成书本上的课后习题
• [ ] 继续使用虚拟机环境研究内核

2019 年 11 月 8 日