四:a.out文件格式的加载

a.out模块的处理是在binfmt.aout.c中.如下示:

static struct linux_binfmt aout_format = {

.module       = THIS_MODULE,

.load_binary  = load_aout_binary,

.load_shlib   = load_aout_library,

.core_dump    = aout_core_dump,

.min_coredump = PAGE_SIZE

};

对应的加载接口为load_aout_binary().代码如下:

static int load_aout_binary(struct linux_binprm * bprm, struct pt_regs * regs)

{

struct exec ex;

unsigned long error;

unsigned long fd_offset;

unsigned long rlim;

int retval;

//文件头信息匹配

ex = *((struct exec *) bprm->buf);        /* exec-header */

if ((N_MAGIC(ex) != ZMAGIC && N_MAGIC(ex) != OMAGIC &&

N_MAGIC(ex) != QMAGIC && N_MAGIC(ex) != NMAGIC) ||

N_TRSIZE(ex) || N_DRSIZE(ex) ||

i_size_read(bprm->file->f_path.dentry->d_inode) < ex.a_text+ex.a_data+N_SYMSIZE(ex)+N_TXTOFF(ex)) {

return -ENOEXEC;

}

/*

* Requires a mmap handler. This prevents people from using a.out

* as part of an exploit attack against /proc-related vulnerabilities.

*/

//如果文件不支持OPEN,或者MMAP。无效

if (!bprm->file->f_op || !bprm->file->f_op->mmap)

return -ENOEXEC;

//可执行文件正文的起始位置

//每种类型的正文起始位置

fd_offset = N_TXTOFF(ex);

/* Check initial limits. This avoids letting people circumvent

* size limits imposed on them by creating programs with large

* arrays in the data or bss.

*/

//判断data+bss是否超过了限制

rlim = current->signal->rlim[RLIMIT_DATA].rlim_cur;

if (rlim >= RLIM_INFINITY)

rlim = ~0;

if (ex.a_data + ex.a_bss > rlim)

return -ENOMEM;

/* Flush all traces of the currently running executable */

//已经取得了足够的信息,是跟当前进程脱离的时候了

retval = flush_old_exec(bprm);

if (retval)

return retval;

/* OK, This is the point of no return */

#if defined(__alpha__)

SET_AOUT_PERSONALITY(bprm, ex);

#elif defined(__sparc__)

set_personality(PER_SUNOS);

#if !defined(__sparc_v9__)

memcpy(&current->thread.core_exec, &ex, sizeof(struct exec));

#endif

#else

//设置进程的个性标志

set_personality(PER_LINUX);

#endif

//设置进程的代码段的起始与终止位置

current->mm->end_code = ex.a_text +

(current->mm->start_code = N_TXTADDR(ex));

//设置进程数段段的起始与终止位置

current->mm->end_data = ex.a_data +

(current->mm->start_data = N_DATADDR(ex));

//设置进程BSS区间

current->mm->brk = ex.a_bss +

(current->mm->start_brk = N_BSSADDR(ex));

current->mm->free_area_cache = current->mm->mmap_base;

current->mm->cached_hole_size = 0;

compute_creds(bprm);

//进程已经fork 完成了,不再需要PF_FORKNOEXEC

current->flags &= ~PF_FORKNOEXEC;

#ifdef __sparc__

if (N_MAGIC(ex) == NMAGIC) {

loff_t pos = fd_offset;

/* Fuck me plenty... */

/* */

down_write(&current->mm->mmap_sem);

error = do_brk(N_TXTADDR(ex), ex.a_text);

up_write(&current->mm->mmap_sem);

bprm->file->f_op->read(bprm->file, (char *) N_TXTADDR(ex),

ex.a_text, &pos);

down_write(&current->mm->mmap_sem);

error = do_brk(N_DATADDR(ex), ex.a_data);

up_write(&current->mm->mmap_sem);

bprm->file->f_op->read(bprm->file, (char *) N_DATADDR(ex),

ex.a_data, &pos);

goto beyond_if;

}

#endif

//如果是OMAGIC格式

if (N_MAGIC(ex) == OMAGIC) {

unsigned long text_addr, map_size;

loff_t pos;

text_addr = N_TXTADDR(ex);

#if defined(__alpha__) || defined(__sparc__)

pos = fd_offset;

map_size = ex.a_text+ex.a_data + PAGE_SIZE - 1;

#else

pos = 32;

map_size = ex.a_text+ex.a_data;

#endif

down_write(&current->mm->mmap_sem);

//为进程的代码段分配空间

error = do_brk(text_addr & PAGE_MASK, map_size);

up_write(&current->mm->mmap_sem);

if (error != (text_addr & PAGE_MASK)) {

send_sig(SIGKILL, current, 0);

return error;

}

//读文件数据读入代码段

error = bprm->file->f_op->read(bprm->file,

(char __user *)text_addr,

ex.a_text+ex.a_data, &pos);

if ((signed long)error < 0) {

send_sig(SIGKILL, current, 0);

return error;

}

//x86上为一空函数

flush_icache_range(text_addr, text_addr+ex.a_text+ex.a_data);

} else {

static unsigned long error_time, error_time2;

//数据段,代码段是否页框对齐

if ((ex.a_text & 0xfff || ex.a_data & 0xfff) &&

(N_MAGIC(ex) != NMAGIC) && (jiffies-error_time2) > 5*HZ)

{

printk(KERN_NOTICE "executable not page aligned\n");

error_time2 = jiffies;

}

//

if ((fd_offset & ~PAGE_MASK) != 0 &&

(jiffies-error_time) > 5*HZ)

{

printk(KERN_WARNING

"fd_offset is not page aligned. Please convert program: %s\n",

bprm->file->f_path.dentry->d_name.name);

error_time = jiffies;

}

if (!bprm->file->f_op->mmap||((fd_offset & ~PAGE_MASK) != 0)) {

//不支持mmap

loff_t pos = fd_offset;

down_write(&current->mm->mmap_sem);

//分配段空间

do_brk(N_TXTADDR(ex), ex.a_text+ex.a_data);

up_write(&current->mm->mmap_sem);

//从文件中读入相关数据

bprm->file->f_op->read(bprm->file,

(char __user *)N_TXTADDR(ex),

ex.a_text+ex.a_data, &pos);

flush_icache_range((unsigned long) N_TXTADDR(ex),

(unsigned long) N_TXTADDR(ex) +

ex.a_text+ex.a_data);

goto beyond_if;

}

//如果支持MMAP。将直接将文件映射到内存即可

down_write(&current->mm->mmap_sem);

error = do_mmap(bprm->file, N_TXTADDR(ex), ex.a_text,

PROT_READ | PROT_EXEC,

MAP_FIXED | MAP_PRIVATE | MAP_DENYWRITE | MAP_EXECUTABLE,

fd_offset);

up_write(&current->mm->mmap_sem);

if (error != N_TXTADDR(ex)) {

send_sig(SIGKILL, current, 0);

return error;

}

down_write(&current->mm->mmap_sem);

error = do_mmap(bprm->file, N_DATADDR(ex), ex.a_data,

PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,

MAP_FIXED | MAP_PRIVATE | MAP_DENYWRITE | MAP_EXECUTABLE,

fd_offset + ex.a_text);

up_write(&current->mm->mmap_sem);

if (error != N_DATADDR(ex)) {

send_sig(SIGKILL, current, 0);

return error;

}

}

beyond_if:

//设置进程的binfmt

set_binfmt(&aout_format);

//为BSS段分配空间

retval = set_brk(current->mm->start_brk, current->mm->brk);

if (retval < 0) {

//分配失败,发送SIGKILL信号,杀掉当前进程

send_sig(SIGKILL, current, 0);

return retval;

}

//扩大进程的栈

retval = setup_arg_pages(bprm, STACK_TOP, EXSTACK_DEFAULT);

if (retval < 0) {

/* Someone check-me: is this error path enough? */

send_sig(SIGKILL, current, 0);

return retval;

}

//调整栈空间的布局

current->mm->start_stack =

(unsigned long) create_aout_tables((char __user *) bprm->p, bprm);

#ifdef __alpha__

regs->gp = ex.a_gpvalue;

#endif

//设置新的EIP与ESP.使其返回到用户空间后,可以开始运行这个程序

start_thread(regs, ex.a_entry, current->mm->start_stack);

if (unlikely(current->ptrace & PT_PTRACED)) {

if (current->ptrace & PT_TRACE_EXEC)

ptrace_notify ((PTRACE_EVENT_EXEC << 8) | SIGTRAP);

else

send_sig(SIGTRAP, current, 0);

}

return 0;

}

首先判断文件的文件头信息,检查是否属于a.out文件.属于不属于a.out再出错退出,让其它module进行选择.

因为execve()系统调用会完全代替进程,因此,在运行该进程之前,先解除父子进程的共享关系,这是由flush_old_exec()完成的.代码如下:

int flush_old_exec(struct linux_binprm * bprm)

{

char * name;

int i, ch, retval;

struct files_struct *files;

char tcomm[sizeof(current->comm)];

//如果父子进程共享信号处理,脱离其共享关系

retval = de_thread(current);

if (retval)

goto out;

//复制共享的文件

files = current->files;     /* refcounted so safe to hold */

retval = unshare_files();

if (retval)

goto out;

//进程的用户空间有可能是父进程的复制品.使之独立

//使进程的mm切换为bprm->mm

//这就是我们之前千亲万苦初始化bprm->mm的原因

retval = exec_mmap(bprm->mm);

if (retval)

goto mmap_failed;

bprm->mm = NULL;       /* We're using it now */

put_files_struct(files);

current->sas_ss_sp = current->sas_ss_size = 0;

if (current->euid == current->uid && current->egid == current->gid)

set_dumpable(current->mm, 1);

else

set_dumpable(current->mm, suid_dumpable);

name = bprm->filename;

/* Copies the binary name from after last slash */

//取可执行文件的名字

for (i=0; (ch = *(name++)) != '\0';) {

if (ch == '/')

i = 0; /* overwrite what we wrote */

else

if (i < (sizeof(tcomm) - 1))

tcomm[i++] = ch;

}

tcomm[i] = '\0';

//task->com:保存可执行文件名

set_task_comm(current, tcomm);

current->flags &= ~PF_RANDOMIZE;

//flush_thread:只与协处理器和DEBUG有关

flush_thread();

current->mm->task_size = TASK_SIZE;

if (bprm->e_uid != current->euid || bprm->e_gid != current->egid) {

suid_keys(current);

set_dumpable(current->mm, suid_dumpable);

current->pdeath_signal = 0;

} else if (file_permission(bprm->file, MAY_READ) ||

(bprm->interp_flags & BINPRM_FLAGS_ENFORCE_NONDUMP)) {

suid_keys(current);

set_dumpable(current->mm, suid_dumpable);

}

/* An exec changes our domain. We are no longer part of the thread

group */

current->self_exec_id++;

//因为解除了跟父进程的共享关系,所以

//将信号处理函数改为默认的操作

flush_signal_handlers(current, 0);

//关闭打开的文件

flush_old_files(current->files);

return 0;

mmap_failed:

reset_files_struct(current, files);

out:

return retval;

}

我们重点分析一下exec_mmap():

static int exec_mmap(struct mm_struct *mm)

{

struct task_struct *tsk;

struct mm_struct * old_mm, *active_mm;

tsk = current;

old_mm = current->mm;

mm_release(tsk, old_mm);

if (old_mm) {

down_read(&old_mm->mmap_sem);

if (unlikely(old_mm->core_waiters)) {

up_read(&old_mm->mmap_sem);

return -EINTR;

}

}

task_lock(tsk);

active_mm = tsk->active_mm;

tsk->mm = mm;

tsk->active_mm = mm;

//切换进程的执行空间.这个过程我们在进程切换跟调度的时候再来做详细的分析

activate_mm(active_mm, mm);

task_unlock(tsk);

arch_pick_mmap_layout(mm);

// 减少old_mm,active_mm的引用计数,如果引用计数为零,则释放其所占

//空间,或者断开映射

if (old_mm) {

up_read(&old_mm->mmap_sem);

BUG_ON(active_mm != old_mm);

mmput(old_mm);

return 0;

}

mmdrop(active_mm);

return 0;

}

值得注意的是mm_release()中有一个重要的操作:

void mm_release(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)

{

struct completion *vfork_done = tsk->vfork_done;

/* Get rid of any cached register state */

deactivate_mm(tsk, mm);

/* notify parent sleeping on vfork() */

//如果创建子进程的时候带了CLONE_VFORK。其在子进程已经使用完了

//是该唤醒父进程了

if (vfork_done) {

tsk->vfork_done = NULL;

complete(vfork_done);

}

/*

* If we're exiting normally, clear a user-space tid field if

* requested.  We leave this alone when dying by signal, to leave

* the value intact in a core dump, and to save the unnecessary

* trouble otherwise.  Userland only wants this done for a sys_exit.

*/

if (tsk->clear_child_tid

&& !(tsk->flags & PF_SIGNALED)

&& atomic_read(&mm->mm_users) > 1) {

u32 __user * tidptr = tsk->clear_child_tid;

tsk->clear_child_tid = NULL;

/*

* We don't check the error code - if userspace has

* not set up a proper pointer then tough luck.

*/

put_user(0, tidptr);

sys_futex(tidptr, FUTEX_WAKE, 1, NULL, NULL, 0);

}

}

还记得我们之前讨论过的CLONE_VFOR标志吗?到这里就可以唤醒父进程了.因为此时子进程结束了对父进程空间的共享.

与父进程脱离关系之后,子进程就拥有了自己独立的资源.然后加载数据段和代码段.分配BSS段空间.把栈空间也伸缩适当大小.

之后我们遇到的再一个重点是栈空间的布局.我们来分析这一个过程.

static int load_aout_binary(struct linux_binprm * bprm, struct pt_regs * regs)

{

……

……

current->mm->start_stack =

(unsigned long) create_aout_tables((char __user *) bprm->p, bprm);

#ifdef __alpha__

regs->gp = ex.a_gpvalue;

#endif

start_thread(regs, ex.a_entry, current->mm->start_stack);

……

}

Creat_aout_tables()代码如下:

static unsigned long __user *create_aout_tables(char __user *p, struct linux_binprm * bprm)

{

char __user * __user *argv;

char __user * __user *envp;

unsigned long __user *sp;

//可执行文件的参数个数

int argc = bprm->argc;

//环境变量的个数

int envc = bprm->envc;

//sp初始化成p,也即bprm->p

//对应下面图的初始化状态(1)

sp = (void __user *)((-(unsigned long)sizeof(char *)) & (unsigned long) p);

#ifdef __sparc__

/* This imposes the proper stack alignment for a new process. */

sp = (void __user *) (((unsigned long) sp) & ~7);

if ((envc+argc+3)&1) --sp;

#endif

#ifdef __alpha__

/* whee.. test-programs are so much fun. */

put_user(0, --sp);

put_user(0, --sp);

if (bprm->loader) {

put_user(0, --sp);

put_user(0x3eb, --sp);

put_user(bprm->loader, --sp);

put_user(0x3ea, --sp);

}

put_user(bprm->exec, --sp);

put_user(0x3e9, --sp);

#endif

sp -= envc+1;

envp = (char __user * __user *) sp;

sp -= argc+1;

argv = (char __user * __user *) sp;

#if defined(__i386__) || defined(__mc68000__) || defined(__arm__) || defined(__arch_um__)

put_user((unsigned long) envp,--sp);

put_user((unsigned long) argv,--sp);

#endif

put_user(argc,--sp);

//对应下面分析图中的(2)

current->mm->arg_start = (unsigned long) p;

while (argc-->0) {

char c;

put_user(p,argv++);

do {

get_user(c,p++);

} while (c);

}

put_user(NULL,argv);

current->mm->arg_end = current->mm->env_start = (unsigned long) p;

while (envc-->0) {

char c;

put_user(p,envp++);

do {

get_user(c,p++);

} while (c);

}

put_user(NULL,envp);

current->mm->env_end = (unsigned long) p;

//对应分析图中的(3)

return sp;

}

我们用图来表示上面的操作过程:

对照上面的分析图就很容易看懂代码了.

最后,设置eip的值为可执行文件中main函数对齐的地址,esp为当前栈指针位置,返回到用户空间就可以顺利的执行了.这一过程是start_thread()完成的.

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