程序的加载,运行和终止
为了支持用户程序的正确运行需要解决以下几个重要问题：
- 加载用户程序以及它所依赖的所有共享对象
- 对用户程序和共享对象进行符号解析和重定位
- 向用户程序传递环境变量和命令行参数
- 根据C++标准的规定, 全局对象(包括用户程序和共享库中定义)必须在
main()执行前初始化,并在程序结束时以相反的顺序析构.
程序头(Program Header)
程序头在System V Application Binary Interface的5.2 Program Header一节中定义,
它规定了ELF文件中需要加载的segment与加载的地址以及是否需要动态链接器等信息(若需要动态链接器, PT_INTERP指定了动态链接器的路径)
初始化代码和终止代码(Initialization and Termination code)
参见Initialization and Termination Functions一节
加载时重定位(Load-time Relocation)和运行时重定位(Run-time Relocation)
参见System V Application Binary Interface: Intel386 Architecture Processor Supplement的Procedure Linkage Table一节
程序运行的基本流程
- 操作系统通过执行exec(3)系统调用将程序映射到内存
- 操作系统将
PT_INTERP指定的动态链接器映射进内存, 传递它所需要的参数, 并跳到动态链接器的入口处开始执行 - 动态链接器自举
Bootstrap, 对自己进行重定位, 并开始构造符号表 - 自举完成后, 动态链接器根据可执行文件
.dynamic段中的DT_NEEDED加载依赖的共享对象, 并加入符号表. 该过程是是递归的, 当这个过程结束时,所有需要的共享对象都已加载进内存, 动态链接器也具有了程序和所有共享库的符号表 - 动态链接器重新遍历共享库, 并进行
加载时重定位, 加载时重定位包括：- 对数据的引用: 在
.rel.dyn段中, 初始化一个GOT(在.got中)项为一个全局符号的地址 - 对代码的引用: 在
.rel.plt段中, 初始化一个 GOT(在.got.plt)项为PLT表中第二条指令的地址
- 对数据的引用: 在
- 如果共享对象有初始化代码(在
.init中), 动态链接器会执行它, 并将终止代码(在.fini中)记录下来以便退出时执行. 动态链接器不会执行用户程序的初始化代码, 它由用户程序的启动代码自己执行. - 这个过程完成后, 所有的共享对象都已重定位并初始化, 动态链接器跳到用户程序的入口处开始执行. 注意: 为了能在程序退出时让动态链接器有机会调用共享对象的终止代码, 动态链接器会传递一个终止函数(用以调用共享对象的终止代码)给用户程序
- 用户程序开始执行. 首先它注册动态链接器的终止函数和它自己的终止函数, 然后调用用户程序的初始化代码, 然后调用用户定义的
main()函数. main()函数返回后, 以注册的相反顺序调用终止函数(先调用用户程序的终止函数,再调用动态链接器的终止函数), 最后调用_exit()退出进程
用户程序的执行
可执行文件入口处在_start(glibc/sysdeps/i386/elf/Start.S). 它首先设置一些寄存器后调用__libc_start_main()(glibc/csu/libc-start.c). __libc_start_main()主要进行以下工作:
- 调用
__cxa_atexit()(glibc/stdlib/cxa_atexit.c)注册动态连接器通过EDX寄存器传过来的终止函数 - 调用
__cxa_atexit()注册用户程序的终止函数 - 调用用户程序的初始化函数
- 调用用户提供的
main()函数 main()返回后调用exit() (glibc/stdlib/exit.c).exit()以注册的相反顺序调用atexit()(glibc/stdlib/atexit.c)和__cxa_atexit()注册的函数- 调用
_exit()结束进程