2024-2025-1 20242828《Linux内核原理与分析》第八周作业

2024-2025-1 20242828《Linux内核原理与分析》第八周作业

一、实验相关知识

1、编译链接的过程

编译链接是将源代码转换为可执行程序的过程，它通常包括以下几个步骤：

（1）预处理

在这一阶段，编译器首先会处理源代码中的预处理指令，如宏定义、头文件引用以及条件编译。预处理器会将所有的宏替换为其对应的代码，将头文件内容插入到源代码中，并根据条件编译指令选择性地包含代码块。

（2）编译阶段

编译器将经过预处理的源代码翻译成汇编语言代码。这一过程中，编译器会首先对源代码进行语法分析和语义分析，确保代码的结构和语义符合语言规范。编译器还可能对代码进行优化，以提高生成代码的执行效率或减少代码体积。最终，编译器会生成一个汇编语言文件，通常以 .s 为后缀。

（3）汇编阶段

在这一阶段，汇编器将编译器生成的汇编语言代码（.s 文件）转化为机器语言，也就是目标文件。目标文件包含了程序的机器码，尽管它已经是可以由计算机执行的二进制代码，但它还不能直接运行。原因是目标文件中可能存在未解决的符号引用（例如，调用的函数或访问的变量在不同的目标文件中定义），这些符号引用需要在后续的链接阶段进行解析。汇编器的输出文件通常是 .o 文件。

（4）链接阶段

链接阶段将所有生成的目标文件和所需的库文件结合起来，生成最终的可执行文件。在链接过程中，链接器负责解决目标文件中的外部符号引用，将它们与合适的库文件中的符号匹配，并将它们的地址正确地绑定到目标文件中。如果程序使用了外部库（如标准库或第三方库），链接器会将这些库中的代码也合并进来。最终，链接器会生成一个包含所有机器码和符号解析结果的可执行文件。

2、ELF 可执行文件格式

在 ELF（Executable and Linkable Format）文件中，每个部分都有其独特的作用，确保了文件能够被正确加载、执行或链接。下面是 ELF 文件的几个关键部分及其作用：

（1）ELF 文件头（ELF Header）

ELF 文件头位于 ELF 文件的开头，包含了关于 ELF 文件的基本信息。其主要作用是让操作系统或加载器了解如何解析和加载 ELF 文件。

（2）程序头表（Program Header Table）

程序头表描述了 ELF 文件如何映射到内存中的各个段，特别是在运行时的内存布局。每个程序头指明一个段（Segment），该段通常包含程序执行所需的部分。程序头表的作用是告诉操作系统如何加载 ELF 文件的各个段到内存中。程序头表是运行时加载程序时非常关键的部分，操作系统根据它将 ELF 文件中的各个段加载到正确的内存位置。

（3）节头表（Section Header Table）

节头表描述了 ELF 文件中的各个节（Section），每个节对应着不同类型的数据或代码。节头表的作用是为链接器和调试器提供信息，帮助它们理解文件的结构。节头表的每一项描述一个节。节头表还包含每个节的大小、地址、偏移等信息，帮助链接器在链接过程中将不同的节正确组合。

（4）节区（Sections）

节区是 ELF 文件的基本组成部分，包含不同类型的数据和代码