RT-Smart ELF 应用程序加载运行过程分析

最新推荐文章于 2023-12-18 20:44:05 发布

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#数据结构 #编程语言 #python #linux #java

本文详细分析了在 RT-Smart 操作系统中，如何将一个 ELF 格式的应用程序加载并运行起来的过程。从 ELF 文件的结构、关键数据结构到加载执行的具体步骤，包括检查文件头、处理程序头表和节头表，以及如何在用户空间分配地址等，全面阐述了程序启动运行的机制。

在用户态应用程序处理的任务中，elf 加载运行是一个比较重要的步骤，下面就分析一下在 rt-smart 操作系统中，想要将一个应用程序运行起来要经过哪些步骤。

ELF 格式介绍

ELF 代表 Executable and Linkable Format。它是一种对可执行文件、目标文件和库使用的文件格式。它在 Linux 下成为标准格式已经很长时间，ELF 一个特别的优点在于，同一文件格式可以用于内核支持的几乎所有体系结构上。

RT-SMART 同样也使用 ELF 作为可执行文件的格式，下面简单介绍一下 ELF 文件格式。

ELF 文件布局和结构

下图为 ELF 文件的基本布局：

上图展示了 elf 文件的重要组成部分：

elf 文件头，除了用于标识ELF文件的几个字节之外，ELF头还包含了有关文件类型和大小的有关信息，
及文件加载后程序执行的入口点信息。
程序头表（program header table）向系统提供了可执行文件的数据在进程虚拟地址空间中组织
方式的相关信息。它还表示了文件可能包含的段数目、段的位置和用途。
各个段保存了与文件相关的各种形式的数据。例如，符号表、实际的二进制码、固定值(如字
符串)或程序使用的数值常数。
节头表（section header table）包含了与各段相关的附加信息。

使用 readelf 工具可以读取该类型文件中的各种数据结构。

关键数据结构

想要理解应用程序的加载运行过程，就必须要先了解 ELF 文件中的关键数据结构，知道可以通过 ELF 文件获取那些程序加载所必须的关键信息，例如文件类型、目标体系架构、版本号、程序入口点以及程序运行所需要的数据段存储在什么位置等等信息。这些信息都存放在 ELF 的相关数据结构中，那么现在就先了解一下 ELF 文件的相关数据结构吧。

下面是在 ELF 加载过程上下文数据结构，这个结构中包括了 eheader、pheader 和 sheader 三个 elf 的关键数据结构。

elf 头表

1typedef struct
 2{
 3    unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; /* 前四个字节为 0x7f E L F，其他的字节位置都有特定的语义 */
 4    Elf64_Half    e_type;             /* 用于区分 ELF 的文件类型，例如可重定位、可执行、动态库、core dump 文件 */
 5    Elf64_Half    e_machine;          /* 指定了文件所需的体系结构 */
 6    Elf64_Word    e_version;          /* 保存了版本信息，用于区分不同的 ELF 变体，目前该规范只定义了版本 1 */
 7    Elf64_Addr    e_en