通过do_execve源码分析程序的执行(下)(基于linux0.11)

theanarkh 2019/10/13 12:04

上篇讲了程序的加载。然后设置了eip,这一篇分析一下开始执行第一条指令的时候。会发生什么。

我们先看一下这时候的内存布局。

新知图谱, 通过do_execve源码分析程序的执行(下)(基于linux0.11)

在这里插入图片描述

当cpu通过cs:eip执行第一条指令的时候。首先通过cs的值,在ldt中找到代码段的基地址,然后加上eip,得到线性地址,然后通过线性地址到页目录和页表项里找是否已经映射到物理地址了。这时候发现,还没有对应的物理地址,然后就触发缺页中断。

我们看一下缺页中断的处理。

// 缺页处理,进程的内容还没有加载到内存,访问的时候导致缺页异常

void do_no_page(unsigned long error_code,unsigned long address)

{

    int nr[4];

    unsigned long tmp;

    unsigned long page;

    int block,i;

    // 取得线性地址对应页的页首地址,与0xfffff000即减去页偏移 

    address &= 0xfffff000;

    // 算出离代码段首地址的偏移

    tmp = address - current->start_code;

    // tmp大于等于end_data说明是访问堆或者栈的空间时发生的缺页,直接申请一页

    if (!current->executable || tmp >= current->end_data) {

        get_empty_page(address);

        return;

    }

    // 是否有进程已经使用了

    if (share_page(tmp))

        return;

    // 获取一页,4kb

    if (!(page = get_free_page()))

        oom();

/* remember that 1 block is used for header */

    /*

     算出要读的硬盘块号,但是最多读四块。

     tmp/BLOCK_SIZE算出线性地址对应页的

     页首地址离代码块距离了多少块,然后读取页首

     地址对应的块号,所以需要加一。比如距离2块的距离,则

     需要读取的块是第三块

    */

    block = 1 + tmp/BLOCK_SIZE;

    // 查找文件前4块对应的硬盘号

    for (i=0 ; i<4 ; block++,i++)

        // bmap算出逻辑块号对应的物理块号

        nr[i] = bmap(current->executable,block);

    // 从硬盘读四块数据进来,并且复制到物理页中

    bread_page(page,current->executable->i_dev,nr);

    /*

     tmp是小于end_data的,因为从tmp开始加载了4kb的数据,

     所以tmp+4kb(4096)后大于end_data,所以大于的部分需要清0,

     i即超出的字节数

    */

    i = tmp + 4096 - current->end_data;

    // page是物理页首地址,加上4kb,从后往前清0

    tmp = page + 4096;

    while (i-- > 0) {

        tmp--;

        *(char *)tmp = 0;

    }

    // 建立线性地址和物理地址的映射

    if (put_page(page,address))

        return;

    // 失败则是否刚才申请的物理页

    free_page(page);

    oom();

}

我们发现缺页中断有一句代码是

// 算出离代码段首地址的偏移

    tmp = address - current->start_code

start_code的值就是cs对应的基地址。即进程号*64MB。address就是刚才我们通过cs:eip算出来的值。两个相减得到线性地址离代码段基址的距离,即硬盘中,在代码div中的偏移。然后算出这个偏移在硬盘中相对代码div首地址块偏移。因为代码块不是可执行文件的第一块。所以还需要做一个处理。

/* remember that 1 block is used for header */

    /*

     算出要读的硬盘块号,但是最多读四块。

     tmp/BLOCK_SIZE算出线性地址对应页的

     页首地址离代码块距离了多少块,然后读取页首

     地址对应的块号,所以需要加一。比如距离2块的距离,则

     需要读取的块是第三块

    */

    block = 1 + tmp/BLOCK_SIZE;

就是加上可执行文件头占据的那一块,这样就得出了cs:eip在硬盘中绝对偏移,最后把这块数据读进来。并且建立线性地址到物理地址的映射。然后重新执行cs:eip对应的指令,这时候就能找到对应的指令执行了。同理,当我们通过ds访问数据段的时候也是这样,在指令里,访问数据的时候,用的地址是相对数据段的偏移,通过地址的转换,会落到数据段对应的线性地址里。然后通过缺页中断加载进来。堆和栈缺页中断时候直接分配一页物理内存就行。因为他的数据不在硬盘里。

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