PB173 - Binární programování Linux
VIII. C bez libc
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
19. 11. 2015
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015      1 /15
C a libc
• libc se stará o komunikaci s OS (jádrem)
• Jádro poskytuje pouze „základní" funkcionalitu
• libc poskytuje spoustu nadstaveb
• Soubory: f open, f read, fwrite, f close, . ..
• Síť: getaddrinfo, ntoh*, hton*
• Více vláken (libpthread): pthread_* (včetně zamykání)
• A spoustu dalšího (celý POSIX), ...
Bez libc nic z toho nemáme
Jak teď ale např. otevřu soubor?
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
2/15
Komunikace s jádrem
• Sdílená paměť
• Jádro zapisuje, uživatel čte a naopak
• V jednom z dalších cvičení
• Systémová volání
• Podobné jako zavolání funkce
• Ale program a jádro běží v jiných kontextech
• Přepnutí kontextu
• Uložení a změna stavu procesoru
• Relativně drahá operace
• Uvidíme dnes dále
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015      3/ 15
Systémová volání
Volání funkce Instrukcí procesoru
• Závislé na architektuře
• Softwarové přerušení (x86_32: číslo 0x80)
o Speciální instrukce (x86_32: sysenter, x86_64: syscall)
• Demo: implementace syscall z glibc
Systémová volání jsou očíslovaná
• Do jednoho registru číslo
• Čísla __nr_* definovaná jádrem (pro každou architekturu)
• sys/syscall.h
• Např. (x86_64): __nr_write (1), __nr_exit (60)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
4/15
Úkol
libc o úroveň níže
O Zavolejte systémová volání
• write s nějakým textem
• exit
O Proveďte ale pomocí funkce syscali z libc
• Viz man 2 syscall
• První argument: číslo systémového volání
• Další argumenty: odpovídají už danému volání
• Např. syscall (__NR_kill, -1, SIGKILL)
O Přeložte a vyzkoušejte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
5/15
C bez libc
• Žádné hlavičkové soubory z libc, ani jeho funkce
• Jen tO, CO poskytuje jádro (/usr/include/linux/)
• Při překladu: gcc -nostdinc ...
• Při linkování: gcc -nostdiib ...
o gcc stále může vkládat volání memset apod.
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
6/15
Volací konvence
Volací konvence
Parametr	Registry			
	Systémová volání		Uživatelský prostor	
	Í386	x86_64	Í386	x86_64
1.	EBX	RDI	EAX	RDI
2.	ECX	RSI	EDX	RSI
3.	EDX	RDX	Zásobník	RDX
4.	ESI	R10	Zásobník	RCX
5.	EDI	R8	Zásobník	R8
6.	EBP	R9	Zásobník	R9
7.	Jen 6 parametrů		Zásobník	Zásobník
8.			Zásobník	Zásobník
Návratová	EAX	RAX	EAX	RAX
Pozn.: Í386 a -mregparm
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
7/15
Úkol
Systémová volání bez libc
O Otevřete a projděte si pbi73-bin/07/ O Zavolejte
• fork
o Z potomka: write na standardní výstup
• Z rodiče: read 16 bytů a jejich write na standardní výstup
• Z obou potom: exit
O Přeložte a spusťte
• gcc -nostdlib ...
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
8/15
Data z jádra
Jádro předává
• Parametry programu
• Proměnné prostředí
• Rozšiřující vektor
Vše na zásobníku
• Formát zásobníku je pevně daný
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015      9/ 15
Formát zásobníku
Formát zásobníku
Počet parametrů	long
1. parametr	char *
■ ■ ■	char *
m-tý parametr	char *
Konec parametrů	OUL
1. proměnná prostředí	char *
■ ■ ■	char *
n-tá proměnná prostředí	char *
Konec proměnných prostředí	OUL
Rozšiřující vektor 1	struct { long type, val; }
■ ■ ■	struct { long type, val; }
Rozšiřující vektor o	struct { long type, val; }
Konec rozšiřujících vektorů	{AT.NULL, ? }
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
10/15
Rozšiřující vektor
Typ záznamů
struct {
long type; long value;
};
Typy: at.null, at.entry, at.random,
Pole struktur zakončuje typ at.null
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015 11/15
Úkol
Zjištění názvu programu a platformy
O Vypište první parametr programu • Tj. název samotného programu
O Dále iterujte přes zásobník až k rozšiřujícímu vektoru
O Tam najděte typ at.platform
O Vypište hodnotu jako řetězec
O Přeložte (bez libc) a spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
12/15
Virtuální systémová volání
vsyscall
• Jen na některých architekturách
• Neprobíhá přepnutí kontextu
• Speciální stránka(y) s kódem namapovaným jádrem
• Podpora jen 3 funkcí
• gettimeof day: aktuální Čas (Oxffffffffff 600000)
• time: čas v sekundách od Epochy (Oxffffffffff 600400)
• getcpu: Číslo CPU a NUMA uzlu (Oxffffffffff 600800)
• Demo: /proc/self /maps
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
13/15
Úkol
Volání time Z vsyscall
O Zavolejte adresu s time
O Vypište hodnotu jako řetězec
O Přeložte a spusťte několikrát
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015 14/15
Virtuální dynamická knihovna
vdso
• Speciální knihovna přilinkovaná jádrem
• Podpora také závislá na architektuře
• Podobná vsyscali, ale více flexibilní
• Navíc obsahuje ale jen clock.gettime
• Demo: ldd a readelf
• Knihovna v ELF formátu
• Adresa začátku v auxv: getauxval (at_sysinfo_ehdr)
• Dále se přečte ELF pomocí libelf
• Ukázkový kód: Documentation/vDSO/parse_vdso . c
Úkol: domácí úkol
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
19. 11. 2015
15/15