Linux应用程序的装载和执行

Posted 2020-06-12

　　在研究c文件的编译/装载/运行之前，先了解ELF文件的概念，ELF（Executable and Linking Format）是一种对象文件的格式。ELF文件格式是UNIX系统实验室作为应用程序二进制接口而开发发布的，是Linux的主要可执行文件格式。

　　简单来说，ELF是“编译器/连接器”和“内核/CPU”之前的二进制接口，一种固定下来的文件格式。编译链接器将C程序编译为对应体系结构下的机器可执行文件，而这种文件和CPU以及内核按照ELF格式来约定，比如代码段/数据段/bss段就是在ELF文件中写明。内核在加载时，读取按照ELF文件格式读取各段内容到物理内存上，建立好自己的内存映射表，准备好进程环境，将各段的内存地址写入CPU寄存器上，然后调度开始，我们的程序就占据了CPU，CPU按照流水线一句接着一句的执行我们编译出来代码段的指令。

　　于是，一句“hello world”想要在arm和x86上执行，内核和编译器在其中起了什么作用么？

　　arm-linux-gcc hello.c -o hello_arm

　　使用arm的gcc编译工具链，生成arm下的可执行文件hello_arm。使用file命令查看hello_arm文件的属性，看到hello_arm就是arm的ELF文件。

　　在bash上执行./hello_arm，内核将hello_arm中的数据段/代码段/bss段等加载到物理内存上，并为hello_arm建立好进程环境，将CPU的数据段寄存器/代码段寄存器/堆栈段寄存器值写为实际的物理内存地址，然后将控制权交给ARM CPU，由arm的CPU开始执行我们的可执行文件。

　　对比到x86上，唯一变化的是要使用x86的编译器就C代码编译成X86机器指令组成的可执行文件，然后交由x86内核加载，由x86 CPU执行。