掌握 Linux 下 ELF 加载段的加载：mmap() 函数详解

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2024-01-10 05:16:03

Linux ELF 加载段的加载：剖析 mmap()

在 Linux 操作系统中，可执行文件和库通常采用可执行和可链接格式 (ELF) 文件格式。ELF 文件由多个段组成，这些段定义了代码、数据和其它资源在内存中的布局。当程序加载到内存中时，这些段由 mmap() 系统调用加载到虚拟内存中。

mmap() 函数

mmap() 函数是一个底层系统调用，它允许进程映射一个文件或设备到进程的虚拟地址空间。它提供了一种将文件或设备的内容直接映射到内存中的方法，从而避免了传统的 read() 和 write() 系统调用带来的复制开销。

使用 mmap() 加载 ELF 加载段的步骤如下：

打开 ELF 文件： 使用 open() 系统调用打开 ELF 文件。
创建映射： 使用 mmap() 系统调用创建 ELF 加载段的内存映射。mmap() 函数需要以下参数：
- addr：映射的起始虚拟地址。通常设置为 NULL，由内核决定地址。
- length：映射的长度，由 ELF 加载段的大小决定。
- prot：映射的保护标志，指定内存区域的读写权限。
- flags：映射标志，指定映射的类型和选项。对于 ELF 加载段，通常使用 MAP_PRIVATE 和 MAP_FIXED 标志。
关闭文件： 一旦映射创建完毕，就可以关闭 ELF 文件。

加载段类型

ELF 加载段有以下类型：

PT_LOAD ：可加载段，包含代码和数据。这些段必须映射到内存中才能执行。
PT_DYNAMIC ：动态段，包含指向动态链接器所需信息的指针。
PT_INTERP ：解释器段，包含指向程序解释器的路径。
PT_NOTE ：注释段，包含附加信息，如调试符号。

示例代码

以下示例代码展示了如何使用 mmap() 加载 ELF 加载段：

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    // 打开 ELF 文件
    int fd = open("my_elf.elf", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open() failed");
        return -1;
    }

    // 获取 ELF 文件大小
    struct stat st;
    if (fstat(fd, &st) == -1) {
        perror("fstat() failed");
        return -1;
    }

    // 创建内存映射
    void *addr = mmap(NULL, st.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_FIXED, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap() failed");
        return -1;
    }

    // 关闭 ELF 文件
    close(fd);

    // 访问加载段
    // ...

    // 解除映射
    if (munmap(addr, st.st_size) == -1) {
        perror("munmap() failed");
        return -1;
    }

    return 0;
}