Структура исполняемого файла linux

Русские Блоги

Linux системное программирование — структура исполняемых файлов Linux и структура процессов

Структура исполняемого файла Linux

Под Linux программа является обычным исполняемым файлом, основная ситуация с двоичным исполняемым файлом приведена ниже:

Видно, что когда этот исполняемый файл хранится (до того, как он передается в память), он делится на Область кода (текст), область данных (данные) и область неинициализированных данных (bss) 3 части Основное содержание каждого абзаца следующее:

Хранит машинные инструкции, выполняемые процессором. Обычно область кода является разделяемой (то есть ее может вызвать другой исполнитель), Цель сделать его доступным для совместного использования состоит в том, что для часто выполняемых программ в памяти требуется только одна копия кода. Область кода обычно доступна только для чтения. Причина, по которой она доступна только для чтения, состоит в том, чтобы предотвратить случайное изменение программой своих инструкций. Кроме того, область кода также планирует информацию о локальных переменных.

Инструкции в области кода включают коды операций и объекты операций (или ссылки на адреса объектов). Если это непосредственное число (то есть конкретное значение), оно будет непосредственно включено в код.Если это локальные данные, пространство будет выделяться в области стека во время выполнения, а затем будет ссылаться на адрес данных. Площадь, адрес данных также будет указан в коде.

Область глобальных данных инициализации / область статических данных (сегмент данных):

Эта область содержит глобальные переменные, явно инициализированные в программе, статические переменные, которые были инициализированы (включая глобальные статические переменные и локальные статические переменные), и постоянные данные (например, строковые константы).

Например, один не объявлен ни в одной функции (глобальной переменной), как показано ниже:

Переменная count сохраняется в области данных инициализации в соответствии с ее начальным значением.

Способ определения статических переменных в любом месте заключается в следующем:

Это объявляет статические данные и инициализирует их. Если они объявлены вне тела какой-либо функции, это означает, что это статическая глобальная переменная, а если она находится внутри тела функции (локальная), это означает, что это локальная статическая переменная. Кроме того, если вы добавляете static перед именем функции, это означает, что эта функция может быть вызвана только в текущем файле.

Неинициализированная область данных (также называемая областью BSS)：

Сохраняются глобальные неинициализированные переменные и неинициализированные статические переменные. Данные в области неинициализированных данных инициализируются ядром до 0 или NULL до начала выполнения программы.

Например, неинициализированная переменная, которая не объявлена ​​ни в одной функции.

Сохраните сумму в области неинициализированных данных.

Структура процесса Linux

В системе Linux, если исполняемый файл загружается в память для запуска, он эволюционирует в один или несколько процессов (причина для нескольких процессов заключается в том, что процесс может создавать новый процесс во время его работы, но при загрузке существует только один процесс) ). Процессы являются основной единицей управления транзакциями в Linux, все процессы имеют свою собственную независимую среду обработки и системные ресурсы. Среда процесса определяется и состоит из текущего состояния системы и информации о родительском процессе.

На следующем рисунке приведена сравнительная таблица структуры хранения исполняемых файлов и базовой структуры (части) процесса Linux.

Процесс — это запущенный программный сегмент.Процесс в основном включает пространство, запрошенное в памяти, код (загруженная программа, включая сегмент кода, сегмент данных, BSS), кучу, стек и информационную структуру процесса ядра, предоставляемую ядром.

task_struct (находится в /usr/include/linux/sched.h), открыть файл, Контекст (относится к статическому описанию всего процесса выполнения операций процесса) Информация и ожидающие сигналы.

1) Область кода (текстовый сегмент) , Исполняемый файл является сегментом кода исполняемого файла, и место, где он загружен в память, заполняется загрузчиком.
2) Глобальная область данных инициализации / область статических данных (сегмент данных) , Сегмент данных исполняемого файла загружается, и жизненный цикл данных, хранящихся в сегменте данных (глобальная инициализация, статические данные инициализации), представляет собой весь процесс выполнения программы.
3) Неинициализированная область данных (BSS) , Сегмент BSS исполняемого файла загружается, и местоположение может быть отделено или близко к сегменту данных. Жизненный цикл данных, хранящихся в сегменте данных (глобальные неинициализированные, статические неинициализированные данные), представляет собой весь процесс выполнения программы.
4) Площадь стека (стопка) , Он автоматически выделяется и освобождается компилятором и хранит значения параметров, возвращаемые значения и локальные переменные функции. Он загружается и освобождается в реальном времени во время работы программы, поэтому жизненный цикл локальных переменных заключается в применении для освобождения пространства стека.
5) Область кучи (куча) , Используется для динамического выделения памяти. Куча находится в памяти между областью BSS и областью стека. Как правило, он выделяется и освобождается программистом. Если программист не освобождает его, он может быть восстановлен ОС в конце программы.

Причина, по которой система разделена на множество областей, основана главным образом на следующих соображениях:

1. Сегмент кода и сегмент данных разделены, и их легко загрузить отдельно во время выполнения.Процессор в архитектуре Гарварда достигнет лучшей эффективности конвейера.
2. Код выполняется последовательно, он последовательно считывается указателем ПК процессора, и код может совместно использоваться несколькими программами, и данные могут вызываться несколько раз в течение всего процесса выполнения. Если код и данные смешаны вместе, это приведет к пустой трате пространства.
3. Временные данные и код, которые необходимо повторно использовать, помещаются в стек во время выполнения с коротким жизненным циклом, что удобно для улучшения использования ресурсов.
4. Область кучи может быть выделена и освобождена программистом, так что пользователь может свободно распределять ее и повышать гибкость программы.

Источник

Cтруктура файловой системы Linux

Понимание файловой системы Linux, структуры каталогов, размещения конфигурационных, исполняемых и временных файлов поможет вам лучше разбираться в своей системе и стать успешным системным администратором. Файловая система Linux будет непривычна именно для новичка, только что перешедшего с Windows, ведь здесь все совсем по-другому.

В отличие от Windows, программа не находится в одной папке, а, как правило, распределена по корневой файловой системе. Это распределение поддается определенным правилам. Вы когда-нибудь задавались вопросом, почему некоторые программы находятся в папке /bin, или /sbin, /usr/sbin, /usr/local/bin, в чем разница между этими каталогами?

Например, программа less, находится в каталоге /usr/bin, но почему не в /sbin или /usr/sbin. А такие программы, как ifconfig или fdisk находятся в каталоге /sbin и нигде иначе. В этой статье будет полностью рассмотрена структура файловой системы Linux, после ее прочтения вы сможете понять смысл использования большинства папок в корневом каталоге Linux.

/ — корень

Это главный каталог в системе Linux. По сути, это и есть файловая система Linux. Здесь нет дисков или чего-то подобного, как в Windows. Вместо этого, адреса всех файлов начинаются с корня, а дополнительные разделы, флешки или оптические диски подключаются в папки корневого каталога.

Только пользователь root имеет право читать и изменять файлы в этом каталоге. Обратите внимание, что у пользователя root домашний каталог /root, но не сам /.

/bin — (binaries) бинарные файлы пользователя

Этот каталог содержит исполняемые файлы. Здесь расположены программы, которые можно использовать в однопользовательском режиме или режиме восстановления. Одним словом, те утилиты, которые могут использоваться пока еще не подключен каталог /usr/. Это такие общие команды, как cat, ls, tail, ps и т д.

/sbin — (system binaries) системные исполняемые файлы

Так же как и /bin, содержит двоичные исполняемые файлы, которые доступны на ранних этапах загрузки, когда не примонтирован каталог /usr. Но здесь находятся программы, которые можно выполнять только с правами суперпользователя. Это разные утилиты для обслуживания системы. Например, iptables, reboot, fdisk, ifconfig,swapon и т д.

/etc — (etcetera) конфигурационные файлы

В этой папке содержатся конфигурационные файлы всех программ, установленных в системе. Кроме конфигурационных файлов, в системе инициализации Init Scripts, здесь находятся скрипты запуска и завершения системных демонов, монтирования файловых систем и автозагрузки программ. Структура каталогов linux в этой папке может быть немного запутанной, но предназначение всех их — настройка и конфигурация.

/dev — (devices) файлы устройств

В Linux все, в том числе внешние устройства являются файлами. Таким образом, все подключенные флешки, клавиатуры, микрофоны, камеры — это просто файлы в каталоге /dev/. Этот каталог содержит не совсем обычную файловую систему. Структура файловой системы Linux и содержащиеся в папке /dev файлы инициализируются при загрузке системы, сервисом udev. Выполняется сканирование всех подключенных устройств и создание для них специальных файлов. Это такие устройства, как: /dev/sda, /dev/sr0, /dev/tty1, /dev/usbmon0 и т д.

/proc — (proccess) информация о процессах

Это тоже необычная файловая система, а подсистема, динамически создаваемая ядром. Здесь содержится вся информация о запущенных процессах в реальном времени. По сути, это псевдофайловая система, содержащая подробную информацию о каждом процессе, его Pid, имя исполняемого файла, параметры запуска, доступ к оперативной памяти и так далее. Также здесь можно найти информацию об использовании системных ресурсов, например, /proc/cpuinfo, /proc/meminfo или /proc/uptime. Кроме файлов в этом каталоге есть большая структура папок linux, из которых можно узнать достаточно много информации о системе.

/var (variable) — Переменные файлы

Название каталога /var говорит само за себя, он должен содержать файлы, которые часто изменяются. Размер этих файлов постоянно увеличивается. Здесь содержатся файлы системных журналов, различные кеши, базы данных и так далее. Дальше рассмотрим назначение каталогов Linux в папке /var/.

/var/log — Файлы логов

Здесь содержатся большинство файлов логов всех программ, установленных в операционной системе. У многих программ есть свои подкаталоги в этой папке, например, /var/log/apache — логи веб-сервера, /var/log/squid — файлы журналов кеширующего сервера squid. Если в системе что-либо сломалось, скорее всего, ответы вы найдете здесь.

/var/lib — базы данных

Еще один тип изменяемых файлов — это файлы баз данных, пакеты, сохраненные пакетным менеджером и т д.

/var/mail — почта

В эту папку почтовый сервер складывает все полученные или отправленные электронные письма, здесь же могут находиться его логи и файлы конфигурации.

/var/spool — очереди

Изначально, эта папка отвечала за очереди печати на принтере и работу набора программ cups.

/var/lock — файлы блокировок

Здесь находятся файлы блокировок. Эти файлы означают, что определенный ресурс, файл или устройство занят и не может быть использован другим процессом. Apt-get, например, блокирует свою базу данных, чтобы другие программы не могли ее использовать, пока программа с ней работает.

/var/run — PID процессов

Содержит файлы с PID процессов, которые могут быть использованы, для взаимодействия между программами. В отличие от каталога /run данные сохраняются после перезагрузки.

/tmp (temp) — Временные файлы

В этом каталоге содержатся временные файлы, созданные системой, любыми программами или пользователями. Все пользователи имеют право записи в эту директорию.

Файлы удаляются при каждой перезагрузке. Аналогом Windows является папка Windows\Temp, здесь тоже хранятся все временные файлы.

/usr — (user applications) Программы пользователя

Это самый большой каталог с большим количеством функций. Тут наиболее большая структура каталогов Linux. Здесь находятся исполняемые файлы, исходники программ, различные ресурсы приложений, картинки, музыку и документацию.

/usr/bin/ — Исполняемые файлы

Содержит исполняемые файлы различных программ, которые не нужны на первых этапах загрузки системы, например, музыкальные плееры, графические редакторы, браузеры и так далее.

/usr/sbin/

Содержит двоичные файлы программ для системного администрирования, которые нужно выполнять с правами суперпользователя. Например, таких как Gparted, sshd, useradd, userdel и т д.

/usr/lib/ — Библиотеки

Содержит библиотеки для программ из /usr/bin или /usr/sbin.

/usr/local — Файлы пользователя

Содержит файлы программ, библиотек, и настроек созданные пользователем. Например, здесь могут храниться программы собранные и установленные из исходников и скрипты, написанные вручную.

/home — Домашняя папка

В этой папке хранятся домашние каталоги всех пользователей. В них они могут хранить свои личные файлы, настройки программ и т д. Например, /home/sergiy и т д. Если сравнивать с Windows, то это ваша папка пользователя на диске C, но в отличии от WIndows, home как правило размещается на отдельном разделе, поэтому при переустановке системы все ваши данные и настройки программ сохранятся.

/boot — Файлы загрузчика

Содержит все файлы, связанные с загрузчиком системы. Это ядро vmlinuz, образ initrd, а также файлы загрузчика, находящие в каталоге /boot/grub.

/lib (library) — Системные библиотеки

Содержит файлы системных библиотек, которые используются исполняемыми файлами в каталогах /bin и /sbin.

Библиотеки имеют имена файлов с расширением *.so и начинаются с префикса lib*. Например, libncurses.so.5.7. Папка /lib64 в 64 битных системах содержит 64 битные версии библиотек из /lib. Эту папку можно сравнить с WIndows\system32, там тоже сгружены все библиотеки системы, только там они лежат смешанные с исполняемыми файлами, а здесь все отдельно.

/opt (Optional applications) — Дополнительные программы

В эту папку устанавливаются проприетарные программы, игры или драйвера. Это программы созданные в виде отдельных исполняемых файлов самими производителями. Такие программы устанавливаются в под-каталоги /opt/, они очень похожи на программы Windows, все исполняемые файлы, библиотеки и файлы конфигурации находятся в одной папке.

/mnt (mount) — Монтирование

В этот каталог системные администраторы могут монтировать внешние или дополнительные файловые системы.

/media — Съемные носители

В этот каталог система монтирует все подключаемые внешние накопители — USB флешки, оптические диски и другие носители информации.

/srv (server) — Сервер

В этом каталоге содержатся файлы серверов и сервисов. Например, могут содержаться файлы веб-сервера apache.

/run — процессы

Еще один каталог, содержащий PID файлы процессов, похожий на /var/run, но в отличие от него, он размещен в TMPFS, а поэтому после перезагрузки все файлы теряются.

/sys (system) — Информация о системе

Назначение каталогов Linux из этой папки — получение информации о системе непосредственно от ядра. Это еще одна файловая система организуемая ядром и позволяющая просматривать и изменить многие параметры работы системы, например, работу swap, контролировать вентиляторы и многое другое.

Выводы

Теперь структура файловой системы Linux не кажется вам темным лесом. Конечно еще есть с чем разбираться, одна только подсистема /proc, /sys или /dev чего стоит. Но база уже заложена. Если я что-то упустил — напишите в комментариях.

Источник