Process Creation, #6：Exec System Call 的觀念

jollen 發表於 March 8, 2007 7:47 PM

有關 exec system call 的前言，除了以下日記外：

2006.12.31: Process Creation, #1：由 shell 執行外部程式《基本觀念與範例》
2007.01.02: Process Creation, #2：Running a "User Process"

也請閱讀以下日記：

2007.01.05: Linux 的 Virtual Memory Areas（VMA）：基本概念介紹
2007.01.15: Linux 的 Virtual Memory Areas（VMA）：Process 與 VMA 整體觀念

Exec system call 的 service routine 'sys_execve' 主要的工作是「將外部程式（ELF image）取代掉原來的 process」，以 kernel 的角度來說，「原來的 process」就是 current。以下簡單分析 exec system call 重要關鍵，我們由 do_execve 函數看起。

do_execve 負責執行 sys_execve 的主要工作，在 do_execve 的工作流程中，我們不難發現，do_execve 最後會呼叫一個很重要的 API - search_binary_handler()；在 search_binary_handler() API 裡，我們發現，此 API 會呼叫到 kernel space 的 ELF loader 來載入 ELF image 至 process memory。

Kernel 2.6 的 ELF loader 實作位於 load_elf_binary() ，此 API 實作於 fs/binfmt_elf.c 檔案。ELF loader 並非直接在前面所提到的 search_binary_handler() 裡呼叫。

ELF loader 與其它執行檔格式的 loader，是在 kernel 開機時，註冊至 kernel 裡：

static struct linux_binfmt elf_format = {
		.module		= THIS_MODULE,
		.load_binary	= load_elf_binary,
		.load_shlib	= load_elf_library,
		.core_dump	= elf_core_dump,
		.min_coredump	= ELF_EXEC_PAGESIZE
};

static int __init init_elf_binfmt(void)
{
	return register_binfmt(&elf_format);
}

當 exec system call 被叫用時，最終就會在 search_binary_handler() 裡 callback ELF loader 來載入 ELF image。

Kernel space 的 ELF loader

Kernel space 的 ELF loader 是以 segment 的觀念來讀取執行檔（ELF image），相關觀念請見以下日記：

2007.03.05: ELF 之 Program Loading 教學文件, #1: Segment 的觀念
2007.03.08: ELF 之 Program Loading 教學文件, #2: Program Header Table

load_elf_binary() 所做的工作有：

1. 讀取 ELF image 的 segment 資訊（由 program header table）。

2. 讀出 segment 內容。

3. 判斷是否有 program interpreter；若有，再讀取 program interpreter。

4. 將讀取到的 segment 內容取代掉 current 的內容，這個動作就是 exec system call 的重要特性。

Program interpreter 就是 dynamic loader/linker，即 /lib/ld-linux.so.2。Program interpreter 的作用是「loading shared libraries（dynamic linking）」。

我們看到 current 被外部（stored）的 ELF image 取代了，這是一個重要的里程碑，背後的意義是：ELF image 被載入到記憶體後，議題將由 ELF image 被帶入更高層次的主題 - Process Memory。

當 ELF image 成為 process memory 的形式後，就能開始研究 process memory、VMA 與 program execution（例如：scheduling）有關的議題了。

See also.

2006.12.31: Process Creation, #1：由 shell 執行外部程式《基本觀念與範例》
2007.01.02: Process Creation, #2：Running a "User Process"
2007.01.08: Process Creation, #3：sys_fork《基本觀念》
2007.01.11: Process Creation, #4：sys_fork《核心實作》
2007.01.14: Process Creation, #5：copy_process()

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