ELF加载，进程地址空间与可执行程序的关系

1，可执行程序的格式

粗略概况

操作系统要如何认识可执行程序？我们的可执行程序是有格式的：

用指令size 加可执行程序名：

其中test就是代码块，data就是数据块，不仅可执行程序有格式，动态库，静态库也有格式，他们的格式有一个统一的命名叫做ELF，我在网上找了一些关于ELF的结构图：

其中先讲中间黄色这一段section，我们称之为节，用来分别存放不同属性的内容，其中在size看到的多个属性中，就分别是里面的某个节。

我们知道，程序编译的过程就算先编译成.o文件，再链接最后形成可执行程序，宏观上的流程就是：将不同文件中相同属性的section合并在一起形成可执行程序：

这就是为什么在实现函数的时候不能出现同名函数的原因，要是在合并的时候发现命名冲突了就不知道该听谁的了。

elfheader

用指令readelf -h 加可执行程序或.o文件就可查看：

可以发现，里面存的都是一些类似指示文件内容的东西。

Program Header Tableoptional

这一行存的是elf的整体布局，查看指令为readdlf -l 加名字

其中可以看到左边的LOAD区域，这部分地区就算存放代码段和数据段的。

前面学了inode与磁盘我们知道，对于任何一个文件，文件的内容就算一个巨大的“一维数组“，标识文件任何一个区域就等于偏移量加大小的方式

这也就是os寻找程序的方法，所以在readelf -l中，

LOAD区域可以看到有两段区间，就是偏移量加大小的方式来寻址。

如何查看表中更细节的信息？

指令：readelf -f  +名字可以查看：

左边【】中数字代表多少节，可以在其中找到对应的data，bss等：

2，重谈地址空间与可执行程序，加载的话题

1，可执行程序有没有地址的存在？

有！

可以通过反汇编的形式看到！

指令：objdump -S +名字：

可以看到红色框起来的部分，这就是每个指令的地址，在其中还可以找到section/.test等字段，也可以找到自己完成的函数名：

这就是存在磁盘中未运行的地址，我们叫他为逻辑地址，逻辑地址=起始地址+偏移量，其中区间为全零到全f

那么我们看到为什么main函数不是从零开始？

因为main函数上面还有一些指令，同时我们知道了指令也是有长度的，因为地址等于偏移量加长度，下一个地址减去上一个地址的值就是这条指令的大小。

所以在逻辑上我们找到第一个地址就可以找到全部地址，

地址+长度=下一个地址

而且这个事实还让我们知道，ELF在没加载到内存的时候就已经按【000，FFF】进行编址了，这就是虚拟地址！

编译器在编译的时候就已经形成虚拟地址了，所以磁盘的逻辑地址等于内存的虚拟地址

2，mm_struct由谁来初始化？

mm_struct中正文，初始化数据，未初始化数据都是由可执行程序中的各个数据节初始化而来

其中，readelf -h中的entry point address中记录着虚拟地址从哪里开始，是整个可执行程序的入口，放到cpu中的pc寄存器才可以运行，这也解释了os是怎么找到可执行程序从哪里开始的。

3，cpu与进程地址空间与物理内存的关系

问，cpu中pc执行程序的时候，使用的是什么地址？

虚拟地址！我们cpu也被骗啦

当可执行程序加载到内存中的时候，在物理内存中也有自己的地址：

其中在框外面的是物理地址，在框里面的是虚拟地址和指令，这时页表左侧就以框内虚拟地址初始化，页表右侧就以物理地址做初始化：

这个时候 ，可以认识cpu中两个东西，一个是CR3，一个是MMU硬件，CR3是用来存放页表的物理地址，MMU硬件可以读取物理内存中的指令，这时CR3+MMU就等于一个查表工具，并将查到的指令给到EIP寄存器中执行指令，当执行完时pc指针加加，这时就完成了程序运行过程的闭环：

、所以虚拟地址是操作系统，cpu，编译器共同协作下的产物，同时可以实现各个进程的独立性。

所以为什么要有·虚拟地址和虚拟地址空间？

编译器在编译的时候就不用考虑虚拟地址的情况了

在mm_struct中，还有一个vm_area_struct结构体，以链表的形式管理起来，里面由start和end来标记正文，栈，堆区，共享区等偏移量地址，用来定位代码或数据的位置。

4，动态库加载的理解

刚刚讲过的·vm_area_struc结构体中，有一个libso的int ret_count的引用计数，当lib加载进os时此libso的引用计数加加，然后将库函数映射到共享区中，与正文区的代码进行替换，正文会call物理内存，将映射过来的地址覆盖到正文代码中。

但是，正文去的代码不是只读的吗？

这时，elf中有一个节中的GOT可以解决，当我们发生库函数替换的时候，只需要把got映射到内存中的位置替换成虚拟地址位置就可以了，正文区会通过got表，找到对应的共享区。所以对地址重定位时，就改got表就行了。

同时，got属于进程自己的东西，所以可以做到重定位与地址无关

其中，我们可以通过readelf -S 看到got：