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Binary Format

• 执行档的格式的格式会根据 OS 不同，而有所不同
• 执行档：可执行文件在计算机科学上，指一种内容可被电脑解释为程序的电脑文件。通常可执行文件内，含有以二进制编码的微处理器指令，也因此可执行文件有时称为二进制档。
• OS：一般指操作系统
  • Linux - ELF
  • Windows - PE
• 在 Binary 的开头会有个 magic number 栏位，方便让 OS 辨认是属于什么类型的档案
  • 在 Linux 下可以使用 file 来 检视（检视：检验查看）

Segment

段是指占用数据文件空间的通称，或数据库对象使用的空间的集合；段可以有表段、索引段、回滚段、临时段和高速缓存段等；

• 在程序执行时期才有的概念，基本上会根据读写执行权限及特性来分为数个 segment
• 一般来说可分为 rodata、data、code、stack、heap 等 segment
  • data : rw-
  • code : r-x
  • stack : rw-
  • heap : rw-
  • r – 可读
  • w – 可写
  • x – 可执行

Execution Flow (执行流程)

• What happened when we execute an elf file?
  • #./hello
• 在一般情况下程式会在 disk 中，而 kernel 会通过一连串的过程将程序式 mapping(映射) 到记忆体中去执行
  
• 我们在 shell 执行一个 elf 时
  • 会先去fork 一个 process
  • child 再去使用 execve 执行
• sys_execve()
  • 检查参数 ex: argv , envp
• do_execve()
  • 搜寻执行档位置
  • 读取执行档前 128 byte 获取执行档的资讯
    • e.g. magic number
• search_binary_handler()
  • 利用前面所获取的资讯来呼叫相对应的handler
  • e.g. load_script()、load_elf_binary()
• load_elf_binary()
  • 检查及获取 program header 资讯
  • 如果是 dynamic linking(动态链路) 则利用 .interp 这个 section 来确定 loader 路径
  • 将 program header 记录的位置 mapping 到 memory 中，e.g. code segment 位置
  • 将 sys_execve 的 return address 改为 loader (ld.so) 的 entry point
    • static linking 下则会时 elf 的 entry point
• How program maps to virtual memory
  • 在 program header 中
    • 记录着那些 segment 应该 mapping 到什么位置，以及该 segment 的读写执行权限
    • 记录那些 section 属于那些 segment
      • 当 program mapping 记忆体时会根据权限的不同分为好几个 segment
      • 一个 segment 可以包含0个到多个 section
• How program maps to virtual memory
  
  • readelf -l binary
    • 查看 program header
  • readelf -S binary
    • 查看 section header
  • readelf -d binary
    • 查看 dynamic section 内容
• ld.so
  • 载入 elf 所需的 shared library
    • 这部分会记录在 elf 中的 DT_NEED中
  • 初始化 GOT
  • 其他相关初始化的动作
    • ex：将 symbol table 合并到 global symbo table 等等
  • 在 ld.so 执行完后会跳到 _start 开始执行主要程式
• _start
  • 将下列项目传给 libc_start_main
    • 环境变数起始位置
    • main 的位置（通常在第一个参数）
    • .init
      • 呼叫 main 之前的初始化工作
    • .fini
      • 程序结束前的收尾工作
• _libc_start_main
  • 执行 .init
  • 执行 main
    • 主程式部分
  • 执行 .fini
  • 执行 exit 结束程式