進階技術:Linux Arm32是如何呼叫C Main的

江湖評談發表於2023-02-09
LinuxAI

前言：

Linux x64透過qemu的rdinit方式呼叫的C Main，實際上是透過load_elf_binary(載入和解析elf)和start_thread(設定Ip和sp)，用缺頁異常來呼叫。關於這點可以看這篇文章：點選檢視。那麼Arm32裡面是如何呼叫C Main的呢？本篇看下。



概括：

Arm32也是透過load_elf_binary載入被 gcc-arm-linux-gnueabi編譯的C Main Demo。同樣是也是透過ret_from_fork呼叫kernel_Init來呼叫elf_load_binary來操縱elf檔案的。這點可以看下堆疊：

* thread #1, stop reason = breakpoint 1.1
  * frame #0: 0x802fbc0c vmlinux`load_elf_binary(bprm=0x811cd000) at binfmt_elf.c:824:1
    frame #1: 0x8028eeb0 vmlinux`bprm_execve at exec.c:1735:12
    frame #2: 0x8028ee38 vmlinux`bprm_execve at exec.c:1776:9
    frame #3: 0x8028edf4 vmlinux`bprm_execve at exec.c:1845:11
    frame #4: 0x8028ecd8 vmlinux`bprm_execve(bprm=0x811cd000, fd=-100, filename=0x81160000, flags=0) at exec.c:1807:12
    frame #5: 0x8028f644 vmlinux`kernel_execve(kernel_filename=<unavailable>, argv=0x80c07714, envp=0x80c077a0) at exec.c:2006:11
    frame #6: 0x8083d8d8 vmlinux`run_init_process(init_filename=<unavailable>) at main.c:1438:9 [artificial]
    frame #7: 0x80847010 vmlinux`kernel_init(unused=<unavailable>) at main.c:1534:9
    frame #8: 0x80100130 vmlinux`ret_from_fork at entry-common.S:146

同樣x64和Arm32的使用者態入口也是Glibc的_start函式。
那麼不同點在哪兒呢？上說過x64設定IP和SP的是start_thread，而Arm32裡面則是START_THREAD這個宏定義來設定IP和SP，實質上做的東西是一樣的，但是程式碼不一樣，他們都是透過返回到ret_from_fork，然後獲取到被設定的regs變數，裡面包含了被start_thread OR START_THREAD宏設定的IP和SP。
看下START_THREAD宏定義：

#define START_THREAD	COMPAT_START_THREAD


#define COMPAT_START_THREAD(ex, regs, new_ip, new_sp)	\
compat_start_thread(regs, new_ip, new_sp, ex->e_machine == EM_X86_64)


void compat_start_thread(struct pt_regs *regs, u32 new_ip, u32 new_sp, bool x32)
{
	start_thread_common(regs, new_ip, new_sp,
			    x32 ? __USER_CS : __USER32_CS,
			    __USER_DS, __USER_DS);
}

static inline void start_thread_common(struct pt_regs *regs, unsigned long pc)
{
	s32 previous_syscall = regs->syscallno;
	memset(regs, 0, sizeof(*regs));
	regs->syscallno = previous_syscall;
	regs->pc = pc;

	if (system_uses_irq_prio_masking())
		regs->pmr_save = GIC_PRIO_IRQON;
}

最後的start_thread_common設定了PC也就上面的IP。Glibc庫的入口_start函式。這一點也可以驗證下：

arm-linux-gnueabi-gcc -static -o hello hello.c
readelf -s hello
3127: 00010418     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT    4 _start

在以下地方下斷點

linux-source-5.15 Version b binfmt_elf.c：1325也可以br s --file binfmt_elf.c --line 1325
c執行到此處，再n幾次讓START_TRHEAD宏執行完

如下：
p/x *regs
(pt_regs) $7 = {
  uregs = {
    [13] = 0x7e952f10
    [14] = 0x00000000
    [15] = 0x00010418
    [16] = 0x00000010
    [17] = 0x00000000
  }

我們看到[15]=後面就是10418,也就是上面Glibc的入口_start函式。



結尾：

這裡還有幾個問題：
ret_from_fork是否同xx64一樣被_schedule和schedule排程。
Arm32的_start呼叫是否也是缺頁異常。
關於這兩點下篇再看看。

作者：江湖評談（jianghupt）公眾號同名。歡迎關注我，帶你瞭解高階技術。
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