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简介：
前一段时间，曾先后移植了uClinux-2.0.x和uClinux-2.4.x的内核，我的移植基本上是从零做起，linux并没有支持该目标机的代码，所以这
个移植工作基本上是新增加对一种目标机的支持。 工作过程中，我学到了不少知识，除了操作系统，还了解了一些编译，调试，汇编，链接的的技术，在此我会一并介绍，可能介绍比较多
的是连接器，因为这个相对和操作系统联系更加紧密一些。
我希望能够与大家分享自己经验，同时，有错误和不当的地方欢迎网友指出，共同进步，这是我写这些原创帖的动力。 “编程并非零和的游戏。将己所知教给程序员同胞，他们并不会夺你所知。能将我所知与人分享，我感到高兴，因为我身在其中、热爱编程。”
——John Carmack uClinux下用户程序的执行 之所以从用户程序谈起，是因为我们平常接触最多的还是应用程序。从应用程序引出到操作系统我觉得比较自然。下面就从一个简单例子介绍一个程序如何在操作系统中运行。 假如有个c程序：
int main(int argc, char **argv[])
{
printf("hello world!/n");
return 0;
} 这是一个最简单不过的程序了，一般一个C语言程序，都从main开始执行。那么，main函数是不是与其他函数有所区别，地位有些特殊呢？
不是的。main函数和其他函数地位一样。其实，我们完全可以做到让一个c程序从任何地方开始执行。比如linux，它就没有main函数，大家都知道，系统执行过启动的一段汇编后，就会跳转到位于init/main.c中的start_kernel中开始执行。 那么为什么用户程序都要从main函数执行呢？这就是用户C库的原因。一般用户用c语言开发时会调用一些库函数，编译成obj文件后，在链接过程中把库函数的二进制代码链接进入程序，最后形成二进制可执行文件。链接过程中，链接器会在用户程序前插入一些初始化的代码。uClinux下是在crt0.s中(我移植的是uClibc库)。不管什么平台下什么形式的crt0.s，这个文件最后几行代码中肯定有一个jmp(或者call或br等转移指令) main(或__uClibc_main)。这就是为什么你的程序都从main开始执行。如果你把这个跳转标号改成任意一个标号，比如foo。而你的程序里面既有main，又有foo，则这种情况下，程序就先从foo开始执行。所以，main函数和其他函数一样，并没有特殊地位。 下面谈谈在uClinux中，main函数的argc,argv是参数怎样传递的。我们以flat格式可执行文件为例。uClinux下支持一种叫flat的可执行文件格式。这种文件格式比较简单，基本上是平铺的，所以叫flat很形象。现在好像uClinux-2.4.x内核的版本已经能够支持elf格式的文件执行了。不过为了举例简单，我还是用flat格式举例。这里暂不分析flat文件格式，我们把注意力放到参数传递上。uClinux开发用户程序，首先当然是编码，然后编译，编译生成的文件是elf格式的，所以要用工具elf2flt将elf文件转换成flat，假设这个工作已经完成。 我们在uclinux的shell下执行一个文件foo x y，foo是程序名，x, y是参数。学过C语言的都知道，x，y作为参数会传递给main，其中argc＝3，
argv[0]="foo", argv[1]="x", argv[2]="y"。这些参数是如何传递进来的呢。在你执行一个程序的时候，操作系统会调用程中把库函数的二进制代码链接进入程序，最后形成二进制可执行文件。链接过程中，链接器会在用户程序前插入一些初始化的代码。uClinux下是在crt0.s中(我移植的是uClibc库)。不管什么平台下什么形式的crt0.s，这个文件最后几行代码中肯定有一个jmp(或者call或br等转移指令) main(或__uClibc_main)。这就是为什么你的程序都从main开始执行。如果你把这个跳转标号改成任意一个标号，比如foo。而你的程序里面既有main，又有foo，则这种情况下，程序就先从foo开始执行。所以，main函数和其他函数一样，并没有特殊地位。 下面谈谈在uClinux中，main函数的argc,argv是参数怎样传递的。我们以flat格式可执行文件为例。uClinux下支持一种叫flat的可执行文件格式。这种文件格式比较简单，基本上是平铺的，所以叫flat很形象。现在好像uClinux-2.4.x内核的版本已经能够支持elf格式的文件执行了。不过为了举例简单，我还是用flat格式举例。这里暂不分析flat文件格式，我们把注意力放到参数传递上。uClinux开发用户程序，首先当然是编码，然后编译，编译生成的文件是elf格式的，所以要用工具elf2flt将elf文件转换成flat，假设这个工作已经完成。 我们在uclinux的shell下执行一个文件foo x y，foo是程序名，x, y是参数。学过C语言的都知道，x，y作为参数会传递给main，其中argc＝3，
argv[0]="foo", argv[1]="x", argv[2]="y"。这些参数是如何传递进来的呢。
在你执行一个程序的时候，操作系统会调用do_execve（char *filename, char**argv, char**envp, struct pt_regs *regs)，这个操作会根据文件路径打开文件，装入内存，argv就是放到命令行参数，envp是环境变量参数。 在装入文件时，系统会根据不同的文件格式调用不同文件装入的handler，如果是flat格式，就会调用load_flat_binary()，在fs/binfmt_flat.c中。有关参数，会根据一路传递下来的argv,envp首先处理一遍计算出参数的个数argc,envc。然后在函数create_flat_tables里面建立好参数表。整个函数代码如下：
static unsigned long create_flat_tables(unsigned long pp, struct linux_binprm *bprm)
{
(1) unsigned long *argv,*envp;
(2) unsigned long * sp;
(3) char * p = (char*)pp;
(4) int argc = bprm->argc;
(5) int envc = bprm->envc;
(6) char dummy; (7) sp = (unsigned long *) /
((-(unsigned long)sizeof(char *))&(unsigned long) p); (8) sp -= envc+1;
(9) envp = sp;
(10) sp -= argc+1;
(11) argv = sp; (12) flat_stack_align(sp);
(13) if (flat_argvp_envp_on_stack()) {
(14) --sp; put_user((unsigned long) envp, sp);
(15) --sp; put_user((unsigned long) argv, sp);
(16) } (17) put_user(argc,--sp);
(18) current->mm->arg_start = (unsigned long) p;
(19) while (argc-->0) {
(20) put_user((unsigned long) p, argv++);
(21) do {
(22) get_user(dummy, p); p++;
(23) } while (dummy);
(24) }
(25) put_user((unsigned long) NULL, argv);
(26) current->mm->arg_end = current->mm->env_start = (unsigned long) p;
(27) while (envc-->0) {
(28) put_user((unsigned long)p, envp); envp++;
(29) do {
(30) get_user(dummy, p); p++;
(31) } while (dummy);
(32) }
(33) put_user((unsigned long) NULL, envp);
(34) current->mm->env_end = (unsigned long) p;
(35) return (unsigned long)sp;
}
(1)-(6)行是变量声明。其中argc和envc分别记录前面已经计算出来的参数个数和环境变量参数个数。p=pp是参数和环境变量数组的指针，sp是你要执行程序的用户区堆栈，就是foo程序执行时，用户空间堆栈的起始地址。(8)-(11)是一个堆栈调整。首先sp移动envc+1个单位，这envc+1个用来存放一共envc个envp[0]->envc[envp-1]元素地址的，多余一个放0，表示envp数组结束。然后sp在移动argc+1各单位，留出argc+1单位空间，这argc+1个单位是用来存放argc个argv[0]->argv[argc-1]元素地址的，多余一个也放0，表示argv数组结束。经过堆栈调整，argv和envp各自指向自己在堆栈中的位置。如果开始堆栈初值记为init_sp，则现在envp=init_sp-(envc+1)，argv=envp-(argc+1)。 (12)无关紧要，略去不提。(13)-(17)又是一次堆栈调整。(14)是sp再移动1个单位,然后将envp放入这个地址(此时envp=init_sp-(envc+1)),然后(15)又将sp移动一个单位,将argv写入. (17)是移动堆栈后将argc也写入里面. (18)-(35)行是将argv[0]->argv[argc-1](在p所指向地方)依次写入argv所指堆栈区域中.然后再将envp[0]->edummy, p); p++;
(31) } while (dummy);
(32) }
(33) put_user((unsigned long) NULL, envp);
(34) current->mm->env_end = (unsigned long) p;
(35) return (unsigned long)sp;
}
(1)-(6)行是变量声明。其中argc和envc分别记录前面已经计算出来的参数个数和环境变量参数个数。p=pp是参数和环境变量数组的指针，sp是你要执行程序的用户区堆栈，就是foo程序执行时，用户空间堆栈的起始地址。(8)-(11)是一个堆栈调整。首先sp移动envc+1个单位，这envc+1个用来存放一共envc个envp[0]->envc[envp-1]元素地址的，多余一个放0，表示envp数组结束。然后sp在移动argc+1各单位，留出argc+1单位空间，这argc+1个单位是用来存放argc个argv[0]->argv[argc-1]元素地址的，多余一个也放0，表示argv数组结束。经过堆栈调整，argv和envp各自指向自己在堆栈中的位置。如果开始堆栈初值记为init_sp，则现在envp=init_sp-(envc+1)，
argv=envp-(argc+1)。 (12)无关紧要，略去不提。(13)-(17)又是一次堆栈调整。(14)是sp再移动1个单位,然后将envp放入这个地址(此时envp=init_sp-(envc+1)),然后(15)又将sp移动一个单位,将argv写入. (17)是移动堆栈后将argc也写入里面. (18)-(35)行是将argv[0]->argv[argc-1](在p所指向地方)依次写入argv所指堆栈区域中.然后再将envp[0]->envp[envc-1](也是由p所指)写入envp所指的堆栈区域中.在写入同时,还要设置进程控制块相应的数据结构,如arg_start,env_start,env_end等. 下面举例和画图来说明过程.比如执行foo x y,此时argc=3,argv[0]="foo",argv[1]="x", argv[2]="y", envc=1, envp[0]="path=/bin". 假设用户堆栈起始
空间堆栈地址是sp=0x1f0000,pp=0x1c0000.则处理过后在foo执行前,他的用户空间堆栈frame如下:
--------------------------------
0x1f0000 | 0000 |
--------------------------------
0x1efffc | envp[0] = 0x1c0008 | ---->指向"path=/bin"
--------------------------------
0x1efff8 | 0000 |
--------------------------------
0x1efff4 | argv[2] = 0x1c0006 | ----->指向"y"
--------------------------------
0x1efff0 | argv[1] = 0x1c0004 | ----->指向"x"
--------------------------------
0x1effec | argv[0] = 0x1c0000 | ----->指向"foo"
--------------------------------
0x1effe8 | start addr of envp = 0x1efffc|
--------------------------------
到r2-r6里来传递。当然，如果超过5个，就要借助堆栈了。
既然main带了参数，那么在调用main之前，要把argc放到r2里面，argv放到r3里面，envp放到r4里面。刚才说了，sp是用户空间堆栈起始地址。所以在开始执行foo代码时候，r0=sp，在上文例子里r0等于0x1effe0.则如下伪汇编代码可以让参数装入正确寄存器。 load r2, (r0) /* r2 = argc */
load r3, (r0, 4) /* r3 = argv */
load r4, (r0, 8) /* r4 = envp */
call main /* 跳转到main函数 */ call _exit 以上代码就是最简单的进入main函数前的预处理。当然，不同系统不同格式文件处理方式是不同的，刚才的一些例子是我碰到的一些情景和解决方案。 我这个程序例子还没有完全讲完，比如后面printf怎么处理等，不过手都酸了，就先讲到main函数的参数传递吧。刚学c语言那阵觉得main挺神秘，做过系统就知道，其实main跟别的函数没有任何区别:) 写了半天，头晕脑胀，肯定还有一些错误或者不够优化的地方，欢迎拍砖。没讲清楚
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