完全剖析 - Linux虛擬內(nèi)存空間管理

 1struct vm_area_struct {
 2    struct mm_struct *vm_mm; /* The address space we belong to. */
 3    unsigned long vm_start;  /* Our start address within vm_mm. */
 4    unsigned long vm_end;    /* The first byte after our end address within vm_mm. */
 5
 6    /* linked list of VM areas per task, sorted by address */
 7    struct vm_area_struct *vm_next;
 8
 9    pgprot_t vm_page_prot;   /* Access permissions of this VMA. */
10    unsigned long vm_flags;  /* Flags, see mm.h. */
11    struct rb_node vm_rb;
12    ...
13    /* Function pointers to deal with this struct. */
14    const struct vm_operations_struct *vm_ops;
15    ...
16};

 1typedef struct elf64_phdr {
 2   Elf64_Word p_type;     // 段的類型
 3   Elf64_Word p_flags;    // 可讀寫標志
 4   Elf64_Off p_offset;    // 段在ELF文件中的偏移量
 5   Elf64_Addr p_vaddr;    // 段的虛擬內(nèi)存地址
 6   Elf64_Addr p_paddr;    // 段的物理內(nèi)存地址
 7   Elf64_Xword p_filesz;  // 段占用文件的大小
 8   Elf64_Xword p_memsz;   // 段占用內(nèi)存的大小
 9   Elf64_Xword p_align;   // 內(nèi)存對齊
10} Elf64_Phdr;

1sys_execve
2└→ do_execve
3  └→ do_execveat_common
4     └→ __do_execve_file
5        └→ exec_binprm
6           └→ search_binary_handler
7              └→ load_elf_binary

 1static int load_elf_binary(struct linux_binprm *bprm, struct pt_regs *regs)
 2{
 3   ...
 4   struct {
 5       struct elfhdr elf_ex;
 6       struct elfhdr interp_elf_ex;
 7   } *loc;
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 9   loc = kmalloc(sizeof(*loc), GFP_KERNEL);
10   if (!loc) {
11       retval = -ENOMEM;
12       goto out_ret;
13   }
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15   // 1. 獲取ELF頭
16   loc->elf_ex = *((struct elfhdr *)bprm->buf);
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18   retval = -ENOEXEC;
19   // 2. 檢查ELF簽名是否正確
20   if (memcmp(loc->elf_ex.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) != 0)
21       goto out;
22
23   // 3. 是否是可執(zhí)行文件或者動態(tài)庫
24   if (loc->elf_ex.e_type != ET_EXEC && loc->elf_ex.e_type != ET_DYN)
25       goto out;
26
27   // 4. 檢查系統(tǒng)架構(gòu)是否正確
28   if (!elf_check_arch(&loc->elf_ex))
29       goto out;
30   ...

 1   size = loc->elf_ex.e_phnum * sizeof(struct elf_phdr); // 程序頭表的大小
 2   retval = -ENOMEM;
 3
 4   elf_phdata = kmalloc(size, GFP_KERNEL); // 申請一塊內(nèi)存來保存程序頭表
 5   if (!elf_phdata)
 6       goto out;
 7
 8// 從ELF文件中讀取程序頭表的數(shù)據(jù), 并且保存到 elf_phdata 變量中
 9   retval = kernel_read(bprm->file, loc->elf_ex.e_phoff, (char *)elf_phdata, size);
10   if (retval != size) {
11       if (retval >= 0)
12           retval = -EIO;
13       goto out_free_ph;
14  }
15  ...

 1   // 遍歷程序頭表所有的段
 2   for (i = 0, elf_ppnt = elf_phdata; i < loc->elf_ex.e_phnum; i++, elf_ppnt++) {
 3       int elf_prot = 0, elf_flags;
 4       unsigned long k, vaddr;
 5
 6       if (elf_ppnt->p_type != PT_LOAD)  // 判斷段是否需要加載
 7           continue;
 8      ...
 9       // 段的可讀寫權(quán)限
10       if (elf_ppnt->p_flags & PF_R)
11           elf_prot |= PROT_READ;
12       if (elf_ppnt->p_flags & PF_W)
13           elf_prot |= PROT_WRITE;
14       if (elf_ppnt->p_flags & PF_X)
15           elf_prot |= PROT_EXEC;
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17       elf_flags = MAP_PRIVATE | MAP_DENYWRITE | MAP_EXECUTABLE;
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19       vaddr = elf_ppnt->p_vaddr;  // 獲取段的虛擬內(nèi)存地址
20      ...
21       // 把段加載到虛擬內(nèi)存
22       error = elf_map(bprm->file, load_bias + vaddr, elf_ppnt, elf_prot, elf_flags, 0);
23      ...
24  }

1elf_map
2└→ do_mmap
3   └→ do_mmap_pgoff
4      └→ mmap_region

 1unsigned long
 2mmap_region(struct file *file, unsigned long addr, unsigned long len,
 3           unsigned long flags, unsigned int vm_flags, unsigned long pgoff)
 4{
 5   struct mm_struct *mm = current->mm;
 6   struct vm_area_struct *vma, *prev;
 7  ...
 8   // 申請一個 vm_area_struct 結(jié)構(gòu)
 9   vma = kmem_cache_zalloc(vm_area_cachep, GFP_KERNEL);
10   if (!vma) {
11       error = -ENOMEM;
12       goto unacct_error;
13  }
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15   // 設置 vm_area_struct 結(jié)構(gòu)各個字段的值
16   vma->vm_mm = mm;
17   vma->vm_start = addr;        // 段的開始虛擬內(nèi)存地址
18   vma->vm_end = addr + len;    // 段的結(jié)束虛擬內(nèi)存地址
19   vma->vm_flags = vm_flags;    // 段的功能特性
20   vma->vm_page_prot = vm_get_page_prot(vm_flags);
21   vma->vm_pgoff = pgoff;
22
23  ...
24   // 把 vm_area_struct 結(jié)構(gòu)連接到虛擬內(nèi)存區(qū)鏈表和紅黑樹中
25   vma_link(mm, vma, prev, rb_link, rb_parent);
26  ...
27
28   return addr;
29}