PB173 - Binární programování Linux
VIII. C bez libc
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
8. 11. 2016
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
8. 11. 2016 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*
• Vlákna (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
8. 11. 2016 2/15
Komunikace s jádrem
Sdílená paměť
9 Jádro zapisuje, uživatel čte a naopak
• Systémová volání
Podobné jako zavolání funkce
Ale program a jádro běží v jiných kontextech
• Přepnutí kontextu
o Uložení a změna stavu procesoru • Relativně drahá operace
• Uvidíme dnes dále
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
8.11.2016 3/15
Systémová volání
• Volání funkce
• Instrukcí procesoru
• Závislé na architektuře
• Softwarové přerušení (x86_32: číslo 0x80)
• Speciální instrukce (x86_32: sysenter, x86_64: syscall)
• Demo: implementace syscall z glibc
o 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 8.11.2016 4/15
Úkol
libc o úroveň níže
O Zavolejte systémová volání
• write s nějakým textem
• exit
Q Proveďte ale pomocí funkce syscali z libc
• Tedy nepište přímo write (...), exit (...)
• Viz man 2 syscall
9 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
8.11.2016 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 -nostdlib ...
• gcc stále může vkládat volání memset apod.
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
8. 11. 2016 6/15
Volací konvence
Parametr	Registry			
	Uživatelský prostor		Systémová volání	
	x86_32	x86_64	x86_32	x86_64
1.	EAX	RDI	EBX	RDI
2.	EDX	RSI	ECX	RSI
3.	Zásobník	RDX	EDX	RDX
4.	Zásobník	RCX	ESI	R10
5.	Zásobník	R8	EDI	R8
6.	Zásobník	R9	EBP	R9
7.	Zásobník	Zásobník	Jen 6 parametrů	
8.	Zásobník	Zásobník		
Návratová	EAX	RAX	EAX	RAX
Pozn.: x86_32 a -mregparm
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
8. 11. 2016 7/15
Úkol
Systémová volání bez libc
O Otevřete a projděte si pbl73-bin/08/ Q Zavolejte
• fork
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
8. 11. 2016 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)
PB 173/05
8.11.2016 9/15
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
8.11.2016 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
8. 11. 2016 11/15
Úkol
Zjištění názvu programu a platformy
O Pište do programu pbl73-bin/08/nostd.c
Q 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
• Použijte write
O Přeložte (bez libc) a spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
8. 11. 2016 12/15
Virtuální systémová volání
vsyscall
o Jen na některých architekturách
• A konfiguracích jádra
• Neprobíhá přepnutí kontextu
• Speciální stránka(y) s kódem namapovaným jádrem
• Podpora jen 3 funkcí
gettimeofday: 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)
PB 173/05
8.11.2016 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
8. 11. 2016 14/15
Virtuální dynamická knihovna
vdso
• Speciální knihovna pňlinkovaná jádrem
• Podpora také závislá na architektuře
• Podobná vsyscali, ale více flexibilní
• Navíc obsahuje ale jen ciock_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: tools/testing/self tests/vDSO/parse_vdso. c
Úkol: domácí úkol
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
8.11.2016 15/15