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#星光计划1.0# v54.04 鸿蒙内核源码分析(静态链接) 原创 精华
鸿蒙内核源码分析
发布于 2021-10-22 14:13
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子曰：“回也其庶乎，屡空。赐不受命，而货殖焉，亿则屡中。” 《论语》：先进篇
百篇博客分析.本篇为: (静态链接篇) | 一个小项目看中间过程
加载运行相关篇为:
- v51.04 鸿蒙内核源码分析(ELF格式) | 应用程序入口并非main
- v53.03 鸿蒙内核源码分析(ELF解析) | 敢忘了她姐俩你就不是银
- v54.04 鸿蒙内核源码分析(静态链接) | 一个小项目看中间过程
- v55.04 鸿蒙内核源码分析(重定位) | 与国际接轨的对外发言人
- v56.05 鸿蒙内核源码分析(进程映像) | 程序是如何被加载运行的
下图是一个可执行文件编译，链接的过程.
本篇将通过一个完整的小工程来阐述ELF编译，链接过程，并分析.o和bin文件中各区，符号表之间的关系.从一个崭新的视角去看中间过程.
准备工作
先得有个小工程，麻雀虽小，但五脏俱全，标准的文件夹和Makefile结构，如下:
目录结构
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# tree
.
├── bin
│ └── weharmony
├── include
│ └── part.h
├── Makefile
├── obj
│ ├── main.o
│ └── part.o
└── src
├── main.c
└── part.c
4 directories， 7 files
看到 .c .h .o 就感觉特别的亲切 : )，项目很简单，但具有代表性，有全局变量/函数，extern，多文件链接，和动态链接库的printf，用cat命令看看三个文件内容。
cat .c .h
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# cat ./src/main.c
#include <stdio.h>
#include "part.h"
extern int g_int;
extern char *g_str;
int main() {
int loc_int = 53;
char *loc_str = "harmony os";
printf("main 开始 - 全局 g_int = %d， 全局 g_str = %s.\n"， g_int， g_str);
func_int(loc_int);
func_str(loc_str);
printf("main 结束 - 全局 g_int = %d， 全局 g_str = %s.\n"， g_int， g_str);
return 0;
}
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# cat ./src/part.c
#include <stdio.h>
#include "part.h"
int g_int = 51;
char *g_str = "hello world";
void func_int(int i) {
int tmp = i;
g_int = 2 * tmp ;
printf("func_int g_int = %d，tmp = %d.\n"， g_int，tmp);
}
void func_str(char *str) {
g_str = str;
printf("func_str g_str = %s.\n"， g_str);
}
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# cat ./include/part.h
#ifndef _PART_H_
#define _PART_H_
void func_int(int i);
void func_str(char *str);
#endif
cat Makefile
Makefile采用标准写法，关于makefile系列篇会在编译过程篇中详细说明，此处先看点简单的。
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# cat Makefile
DIR_INC = ./include
DIR_SRC = ./src
DIR_OBJ = ./obj
DIR_BIN = ./bin
SRC = $(wildcard ${DIR_SRC}/*.c)
OBJ = $(patsubst %.c，${DIR_OBJ}/%.o，$(notdir ${SRC}))
TARGET = weharmony
BIN_TARGET = ${DIR_BIN}/${TARGET}
CC = gcc
CFLAGS = -g -Wall -I${DIR_INC}
${BIN_TARGET}:${OBJ}
$(CC) $(OBJ) -o $@
${DIR_OBJ}/%.o:${DIR_SRC}/%.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
.PHONY:clean
clean:
find ${DIR_OBJ} -name *.o -exec rm -rf {}
编译.链接.运行.看结果
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# make
gcc -g -Wall -I./include -c src/part.c -o obj/part.o
gcc -g -Wall -I./include -c src/main.c -o obj/main.o
gcc ./obj/part.o ./obj/main.o -o bin/weharmony
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# ./bin/weharmony
main 开始 - 全局 g_int = 51， 全局 g_str = hello world.
func_int g_int = 106，tmp = 53.
func_str g_str = harmony os.
main 结束 - 全局 g_int = 106， 全局 g_str = harmony os.
结果很简单，没什么好说的.
开始分析
准备工作完成，开始了真正的分析. 因为命令输出内容太多，本篇做了精简，去除了干扰项.对这些命令还不行清楚的请翻看系列篇其他文章，此处不做介绍，阅读本篇需要一定的基础.
readelf 大S小s ./obj/main.o
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -S ./obj/main.o
There are 22 section headers， starting at offset 0x1498:
Section Headers:
[Nr] Name Type Address Offset
Size EntSize Flags Link Info Align
[ 0] NULL 0000000000000000 00000000
0000000000000000 0000000000000000 0 0 0
[ 1] .text PROGBITS 0000000000000000 00000040
000000000000007b 0000000000000000 AX 0 0 1
[ 2] .rela.text RELA 0000000000000000 00000c80
0000000000000108 0000000000000018 I 19 1 8
[ 3] .data PROGBITS 0000000000000000 000000bb
0000000000000000 0000000000000000 WA 0 0 1
[ 4] .bss NOBITS 0000000000000000 000000bb
0000000000000000 0000000000000000 WA 0 0 1
[ 5] .rodata PROGBITS 0000000000000000 000000c0
000000000000007d 0000000000000000 A 0 0 8
......
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -s ./obj/main.o
Symbol table '.symtab' contains 22 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS main.c
2: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
...
15: 0000000000000000 123 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 main
16: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND g_str
17: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND g_int
18: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
19: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND printf
20: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND func_int
21: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND func_str
解读
编译 main.c 后 main.o 告诉了链接器以下信息
- 有一个文件 叫 main.c
(Type=FILE) - 文件中有个函数叫 main
(Type=FUNC)，并且这是一个全局函数，(Bind = GLOBAL ， Vis = DEFAULT，全局的意思就是可以被外部文件所引用. - 剩下的
g_str，printf，func_int，…，都是需要外部提供，并未在本文件中定义的符号(Ndx = UND ， Type = NOTYPE)，至于怎么顺藤摸瓜找到这些符号那我不管，.o文件是独立存在，它只是告诉你我用了哪些东西，但我也不知道在哪里. printf和func_int对它来说一视同仁，都是外部链接符号，没有特殊对待.
readelf 大S小s ./obj/part.o
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -S ./obj/part.o
[ 1] .text PROGBITS 0000000000000000 00000040
0000000000000078 0000000000000000 AX 0 0 1
[ 2] .rela.text RELA 0000000000000000 00000cf0
00000000000000c0 0000000000000018 I 21 1 8
[ 3] .data PROGBITS 0000000000000000 000000b8
0000000000000004 0000000000000000 WA 0 0 4
[ 4] .bss NOBITS 0000000000000000 000000bc
0000000000000000 0000000000000000 WA 0 0 1
[ 5] .rodata PROGBITS 0000000000000000 000000c0
0000000000000045 0000000000000000 A 0 0 8
[ 6] .data.rel.local PROGBITS 0000000000000000 00000108
0000000000000008 0000000000000000 WA 0 0 8
......
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -s ./obj/part.o
Symbol table '.symtab' contains 22 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS part.c
2: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
...
16: 0000000000000000 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 g_int
17: 0000000000000000 8 OBJECT GLOBAL DEFAULT 6 g_str
18: 0000000000000000 52 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 func_int
19: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
20: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND printf
21: 0000000000000034 57 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 func_str
解读
编译 part.c 后part.o告诉了链接器以下信息
-
有一个文件 叫 part.c
(Type=FILE) -
文件中有两个函数叫
func_int，func_str(Type=FUNC)，并且都是全局函数，(Bind = GLOBAL ， Vis = DEFAULT，全局的意思就是可以被外部文件所引用. -
文件中有两个对象叫
g_int，g_str(Type=OBJECT)，并且都是全局对象，同样可以被外部使用. -
剩下的
printf，_GLOBAL_OFFSET_TABLE_，都是需要外部提供，并未在本文件中定义的符号(Ndx = UND ， Type = NOTYPE) -
另外 part.c的局部变量
tmp并没有出现在符号表中.因为符号表相当于外交部，只有对外的内容. -
func_int，func_str在1区代码区.text. -
g_int在3区.data数据区， 打开3区，发现了 0x33 就是源码中 int g_int = 51;的值root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -x 3 ./obj/part.o Hex dump of section '.data': 0x00000000 33000000 3... -
g_str在6区，.data.rel.local数据区，打开6区看结果root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -x 6 ./obj/part.o Hex dump of section '.data.rel.local': NOTE: This section has relocations against it， but these have NOT been applied to this dump. 0x00000000 00000000 00000000 ........并未发现 char *g_str = “hello world”;的身影，反而抛下一句话 NOTE: This section has relocations against it， but these have NOT been applied to this dump.翻译过来是 注意：此部分已针对它进行重定位，但是尚未将其应用于此转储. 最后在5区 '.rodata’找到了
hello worldroot@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -x 5 ./obj/part.o Hex dump of section '.rodata': 0x00000000 68656c6c 6f20776f 726c6400 00000000 hello world..... 0x00000010 66756e63 5f696e74 20675f69 6e74203d func_int g_int = 0x00000020 2025642c 746d7020 3d202564 2e0a0066 %d，tmp = %d...f 0x00000030 756e635f 73747220 675f7374 72203d20 unc_str g_str = 0x00000040 25732e0a 00 %s..至于重定向是如何实现的，在系列篇 重定向篇中已有详细说明，不再此展开说.
-
看完两个符号表总结下来就是三句话
- 我是谁，我在哪
- 我能提供什么给别人用
- 我需要别人提供什么给我用.
readelf 大S小s ./bin/weharmony
weharmony是将 main.o，part.o和库文件链接完成后的可执行文件.
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -S ./bin/weharmony
There are 36 section headers， starting at offset 0x4908:
Section Headers:
[Nr] Name Type Address Offset
Size EntSize Flags Link Info Align
......
[16] .text PROGBITS 0000000000001060 00001060
0000000000000255 0000000000000000 AX 0 0 16
[17] .fini PROGBITS 00000000000012b8 000012b8
000000000000000d 0000000000000000 AX 0 0 4
[18] .rodata PROGBITS 0000000000002000 00002000
00000000000000cd 0000000000000000 A 0 0 8
......
[25] .data PROGBITS 0000000000004000 00003000
0000000000000020 0000000000000000 WA 0 0 8
[26] .bss NOBITS 0000000000004020 00003020
0000000000000008 0000000000000000 WA 0 0 1
root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -s ./bin/weharmony
Symbol table '.dynsym' contains 7 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_deregisterTMCloneTab
2: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND printf@GLIBC_2.2.5 (2)
3: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@GLIBC_2.2.5 (2)
4: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__
5: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_registerTMCloneTable
6: 0000000000000000 0 FUNC WEAK DEFAULT UND __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5 (2)
Symbol table '.symtab' contains 75 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000318 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 0000000000000338 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 0000000000000358 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
....
33: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS crtstuff.c
34: 0000000000001090 0 FUNC LOCAL DEFAULT 16 deregister_tm_clones
35: 00000000000010c0 0 FUNC LOCAL DEFAULT 16 register_tm_clones
36: 0000000000001100 0 FUNC LOCAL DEFAULT 16 __do_global_dtors_aux
37: 0000000000004020 1 OBJECT LOCAL DEFAULT 26 completed.8060
38: 0000000000003dc0 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 22 __do_global_dtors_aux_fin
39: 0000000000001140 0 FUNC LOCAL DEFAULT 16 frame_dummy
40: 0000000000003db8 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 21 __frame_dummy_init_array_
41: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS part.c
42: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS main.c
43: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS crtstuff.c
44: 000000000000225c 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 20 __FRAME_END__
45: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS
46: 0000000000003dc0 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT 21 __init_array_end
47: 0000000000003dc8 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 23 _DYNAMIC
48: 0000000000003db8 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT 21 __init_array_start
49: 00000000000020c0 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT 19 __GNU_EH_FRAME_HDR
50: 0000000000003fb8 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 24 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
51: 0000000000001000 0 FUNC LOCAL DEFAULT 12 _init
52: 00000000000012b0 5 FUNC GLOBAL DEFAULT 16 __libc_csu_fini
53: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_deregisterTMCloneTab
54: 0000000000004000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT 25 data_start
55: 0000000000004020 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 25 _edata
56: 00000000000012b8 0 FUNC GLOBAL HIDDEN 17 _fini
57: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND printf@@GLIBC_2.2.5
58: 0000000000004010 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 25 g_int
59: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@@GLIBC_
60: 0000000000004000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 25 __data_start
61: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__
62: 0000000000004008 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 25 __dso_handle
63: 0000000000004018 8 OBJECT GLOBAL DEFAULT 25 g_str
64: 0000000000002000 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 18 _IO_stdin_used
65: 0000000000001240 101 FUNC GLOBAL DEFAULT 16 __libc_csu_init
66: 0000000000001149 52 FUNC GLOBAL DEFAULT 16 func_int
67: 0000000000004028 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 26 _end
68: 0000000000001060 47 FUNC GLOBAL DEFAULT 16 _start
69: 000000000000117d 57 FUNC GLOBAL DEFAULT 16 func_str
70: 0000000000004020 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 26 __bss_start
71: 00000000000011b6 123 FUNC GLOBAL DEFAULT 16 main
72: 0000000000004020 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 25 __TMC_END__
73: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_registerTMCloneTable
74: 0000000000000000 0 FUNC WEAK DEFAULT UND __cxa_finalize@@GLIBC_2.2
解读
链接后的可执行文件 weharmony将告诉加载器以下信息
-
涉及文件有哪些
Type = FILE -
涉及函数有哪些
Type = FUNCfunc_str，func_int，_start，main -
涉及对象有哪些
Type = OBJECTg_int，g_str，…它将这些数据统一归到了25区.
前往25区查看下数据，同样只发现了 int g_int = 51; 的数据.root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -x 25 ./bin/weharmony Hex dump of section '.data': 0x00004000 00000000 00000000 08400000 00000000 .........@...... 0x00004010 33000000 00000000 08200000 00000000 3........ ......是不是和part.o一样也被放在了
.rodata区，再反查 18区，果然发了 main.c和part.c的数据都放在了这里.root@5e3abe332c5a:/home/docker/test4harmony/54# readelf -x 18 ./bin/weharmony Hex dump of section '.rodata': 0x00002000 01000200 00000000 68656c6c 6f20776f ........hello wo 0x00002010 726c6400 00000000 66756e63 5f696e74 rld.....func_int 0x00002020 20675f69 6e74203d 2025642c 746d7020 g_int = %d，tmp 0x00002030 3d202564 2e0a0066 756e635f 73747220 = %d...func_str 0x00002040 675f7374 72203d20 25732e0a 00000000 g_str = %s...... 0x00002050 6861726d 6f6e7920 6f730000 00000000 harmony os...... 0x00002060 6d61696e 20e5bc80 e5a78b20 2d20e585 main ...... - .. 0x00002070 a8e5b180 20675f69 6e74203d 2025642c .... g_int = %d， 0x00002080 20e585a8 e5b18020 675f7374 72203d20 ...... g_str = 0x00002090 25732e0a 00000000 6d61696e 20e7bb93 %s......main ... 0x000020a0 e69d9f20 2d20e585 a8e5b180 20675f69 ... - ...... g_i 0x000020b0 6e74203d 2025642c 20e585a8 e5b18020 nt = %d， ...... 0x000020c0 675f7374 72203d20 25732e0a 00 g_str = %s... -
另外还有注意
printf的变化，从Type = NOTYPE变成了Type = FUNC，告诉了后续的动态链接这是个函数57: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND printf@@GLIBC_2.2.5但是内容依然是
Ndx=UND，weharmony也提供不了，内容需要运行时环境提供.并在需要动态链接表中也已经注明了内容清单，运行环境必须提供以下内容才能真正跑起来weharmony.Symbol table '.dynsym' contains 7 entries: Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name 0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 1: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_deregisterTMCloneTab 2: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND printf@GLIBC_2.2.5 (2) 3: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@GLIBC_2.2.5 (2) 4: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__ 5: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_registerTMCloneTable 6: 0000000000000000 0 FUNC WEAK DEFAULT UND __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5 (2)本例在windows环境中一般是跑不起来的.除非提供对应的运行时环境.
百篇博客分析.深挖内核地基
- 给鸿蒙内核源码加注释过程中，整理出以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。 😛
- 与代码有bug需不断debug一样，文章和注解内容会存在不少错漏之处，请多包涵，但会反复修正，持续更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次数，精雕细琢，言简意赅，力求打造精品内容。
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