ELF 之 Program Loading 教學文件, #4: Program Loader 整體流

ELF 之 Program Loading 教學文件, #4: Program Loader 整體流程

發表於 March 13, 2007 2:26 PM

Program loader 的整體流程如下：

1. 使用者在 shell 模式下執行外部程式（stored program）。

2. shell 以 fork+exec system call 的方式執行外部程式。

3. 透過 0x80H 軟體中斷（x86）叫用 kernel 的 exec（sys_execvp）system call service。

Kernel Space Program Loader

4. Exec system call 呼叫 program loader（ELF loader），將 process image（ELF image）載入。

5. Program loader 找到 PT_INTERP segment。

6. Program loader 將 PT_LOAD  segment mapping 為新的 text/data segment，text segment 由 vaddr. 0x0804_8000 開始，data segment 緊接其後。

7. Program loader 呼叫 interpreter loader 將 program interpreter（ld.so）載入，並 mapping 到 process memory；interpreter 的 text segment 由 vaddr. 0x4000_0000 開始，interpreter 的 data segment 緊接其後。

8. Program loader 將 BSS segment 準備好。

9. Program loader 將 process 的 register %eip（user-mode）修改為 program interpreter 的進入點；並將 %sp 設定為 user mode 的 stack。

10. 所以任何 shared library 的外部程式，一開始都是由 program interpreter 開始執行！

User Space Program Loader / Linker

11. Program interpreter 會找到 process 所需的 shared library（名稱及其路徑）。

12. Program interpreter 使用 mmap system call 將 shared library mapping 到 process memory，以完成整個 process image 的建立。

13. 更新 shared library 的符號表。

14. Program interpreter 'jump' 到 process 的進入點（紀錄在 ELF header 裡的 entry point）。

15. 真正開始執行程式！

步驟 1.~6. 已在以下的日記介紹過：

• 2007.03.08: Process Creation, #6：Exec System Call 的觀念
• 2007.03.05: ELF 之 Program Loading 教學文件, #1: Segment 的觀念
• 2007.03.08: ELF 之 Program Loading 教學文件, #2: Program Header Table
• 2007.03.09: ELF 之 Program Loading 教學文件, #3: Segment Type 與 Kernel Space Loader

步驟 7.~15. 將會在後續的日記再做整理。以整體的 program loader 流程來說，可分為 kernel-space 與 user-space 二大階段：

• 步驟 4.~9. 由 kernel 的 ELF loader 所負責。
• 步驟 11.~14 由 user-space 的 program interpreter（dynamic loader/linker，也就是 /lib/ld-linux.so.2）所負責。

Program interpreter 需要 dynamic segment 裡的相關資訊來完成後續的工作，此部份日後再做整理分享。