Linux第七周学习总结——可执行程序的装载

作者：刘浩晨

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一、预处理、编译、链接和目标文件的格式

1．可执行程序怎么来的

过程：先预处理.cpp，在编译成汇编代码.s到目标代码.o，再链接成可执行文件，加载到内存中执行。

预处理.c文件，预处理负责把include的文件包含进来及宏替换等工作：gcc -E -o hello.cpp hello.c -m32

编译成汇编代码.s：gcc -x cpp-output -S -o hello.s hello.cpp -m32

将汇编代码.s编译成二进制目标文件.o（不可读，含有部分机器指令但不可执行）：gcc -x assembler -c hello.s -o hello.o -m32

将目标文件链接成可执行二进制文件hello：gcc -o hello hello.o -m32

注意：这样生成的可执行文件是使用共享库的。如果静态编译出.static文件，把所有需要执行的、以来的东西全部放进来。可以执行-static命令：gcc -o hello.static hello.o -m32 -static

2.目标文件格式ELF

（1）从A.out到COFF，再到现在的PE（Windows）和ELF（Linux）。

（2）ELF即可执行的可链接的文件格式，ABI是一种二进制兼容的格式。

（3）ELF有三种：

可重定位文件：.o,用来和其他object文件一起创建可执行文件和共享文件

可执行文件：指出应该从哪里开始执行

共享文件：主要是.so文件，用来被链接编辑器和动态链接器链接

（4）头部的一些关键信息：

左半边是ELF格式，右半边是执行时候的格式。其中，ELF头描述了该文件的组织情况，程序投标告诉系统如何创建一个进程的内存映像，section头表包含了描述文件sections的信息。

Entry point address是进程的入口。

（5）可执行文件格式和进程的地址空间有一个映射的关系。即当创建或增加一个进程映像的时候，系统在理论上将拷贝一个文件的段到一个虚拟的内存段：

3.静态链接的ELF可执行文件和进程的地址空间

可执行文件加载到内存中开始执行的第一行代码,0X8048X00为实际的入口。

一般静态链接会将所有代码放在一个代码段，而动态链接的进程会有多个代码段。

二、可执行程序、共享库和动态链接

1.装在可执行程序之前的工作

（1）可执行程序的执行环境：

• 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。

• $ ls -l /usr/bin 列出/usr/bin下的目录信息

• 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。

（2）命令行参数和环境串都放在用户态堆栈中

2.装载时动态链接和运行时动态链接应用举例

动态链接分为可执行程序装载时动态链接和运行时动态链接。

(1) 可执行程序装载时动态链接

准备.so文件：shlibexample.h和shlibexample.c; libshlibexample.h和libshlibexample.c

编译：

编译成共享库.so文件:gcc –shared shlibexample.c –o libshlibexample.so –m32  编译成动态加载共享库.so文件：gcc –shared dllibexample.c –o libdllibexample.so –m32

调用：

调用共享库：直接调用接口，SharedLibApi()；  调用动态装载共享库：void * handle = dlopen(“libdllibexample.so”,RTLD_NOW);

编译执行：
编译main，-L加库对应的接头文件所在目录，-l后加库名，如libshlibexample.so去掉lib和.so的部分。

实例说明（没有提供dllibexample的相关信息，只是指明了-ldl）：

$ gcc main.c -o main -L/path/to/your/dir -lshlibexample -ldl -m32$ export LD_LIBRARY_PATH=$PWD #将当前目录加入默认路径，否则main找不到依赖的库文件，当然也可以将库文件copy到默认路径下。$ ./mainThis is a Main program!Calling SharedLibApi() function of libshlibexample.so!This is a shared libary!Calling DynamicalLoadingLibApi() function of libdllibexample.so!This is a Dynamical Loading libary!