鸿蒙内核源码分析(进程镜像篇):ELF加载剖析

序言

ELF(Executable and Linkable Format)可执行和链接格式，是一种通用的目标文件格式，被广泛用于Unix系统和类Unix系统中。ELF文件包含了程序的可执行代码、数据、符号表等信息，是程序执行的基础。在鸿蒙内核中，ELF文件也是作为可执行文件的格式。

ELF文件结构

一个ELF文件由以下几个部分组成：

• ELF头：ELF头的长度为52个字节，它包含了ELF文件的基本信息，比如ELF文件的版本、体系结构、入口地址等。
• 程序头表：程序头表是一个数组，它包含了ELF文件中各个程序段和节段的信息，比如程序段的类型、虚拟地址、物理地址等。
• 节头表：节头表也是一个数组，它包含了ELF文件中各个节的信息，比如节的类型、虚拟地址、物理地址等。
• 节数据：节数据是ELF文件中各个节的实际数据，比如代码段的数据、数据段的数据等。

内核加载流程

当鸿蒙内核启动时，它会首先加载引导程序(Bootloader)到内存中。引导程序负责初始化硬件设备，加载内核镜像到内存中，然后将控制权转移给内核。

内核镜像是一个压缩过的ELF文件，它包含了内核的可执行代码、数据、符号表等信息。内核加载程序会首先将内核镜像解压到内存中，然后根据ELF头中的信息，将各个程序段和节加载到相应的内存地址。

内存映射机制

当内核将ELF文件加载到内存中后，它会使用内存映射机制将ELF文件中的各个节映射到虚拟地址空间中。内存映射机制是一种将文件映射到虚拟地址空间的技术，它可以使文件中的数据直接被程序访问，而无需将文件中的数据复制到内存中。

程序执行过程

当程序被执行时，内核会首先将程序的代码段映射到虚拟地址空间中。然后，内核会将程序的入口地址加载到程序计数器(PC)中。程序计数器是一个寄存器，它指向当前正在执行的指令的地址。

当程序执行时，程序计数器会不断增加，指向下一条要执行的指令。当程序执行到一条跳转指令时，程序计数器会跳转到跳转指令指定的地址处继续执行。当程序执行到一条返回指令时，程序计数器会返回到调用指令的下一条指令处继续执行。

鸿蒙内核与Linux内核的对比

在ELF加载方面，鸿蒙内核与Linux内核有许多相似之处，比如，它们都使用ELF文件格式，都使用内存映射机制将ELF文件中的各个节映射到虚拟地址空间中，都使用程序计数器来跟踪当前正在执行的指令的地址。

但是，鸿蒙内核与Linux内核在ELF加载方面也有一些区别，比如，鸿蒙内核使用了一种新的ELF加载器，该加载器可以更快地将ELF文件加载到内存中。此外，鸿蒙内核还支持一些新的ELF特性，比如，鸿蒙内核支持ELF文件的动态链接，这可以使程序在运行时加载和卸载动态链接库。

结语

通过对鸿蒙内核源码的分析，我们可以看到，鸿蒙内核在ELF加载方面做了很多优化，这些优化可以使程序更快地加载和执行。此外，鸿蒙内核还支持一些新的ELF特性，这些特性可以使程序更加灵活和安全。