Linux内核：代码段与数据段的加载解析

"这篇文章主要探讨了Linux系统中代码段和数据段的加载过程，涉及到Linux内核如何通过mmap函数处理二进制文件的映射，以及针对不同类型的段（如只读、读写、执行）设定不同的权限。" 在Linux操作系统中，代码段和数据段是进程内存布局的重要组成部分。代码段包含了程序的可执行指令，而数据段则存储了程序运行时的静态数据，包括全局变量、常量和初始化的静态变量。在程序启动时，这两个段需要被正确地加载到内存中，以便CPU能够执行指令和访问数据。 在传统的a.out格式的二进制文件中，代码段和数据段的加载主要通过`do_mmap`函数完成。对于代码段，调用`do_mmap`时设置了`PROT_READ`和`PROT_EXEC`权限，允许读取和执行，同时使用`MAP_FIXED`、`MAP_PRIVATE`、`MAP_DENYWRITE`和`MAP_EXECUTABLE`标志。`MAP_PRIVATE`确保了映射是私有的，意味着任何对这段内存的修改只会影响进程的副本，不会影响原始文件。`MAP_DENYWRITE`禁止其他映射到同一文件的进程进行写操作，`MAP_EXECUTABLE`则标记该段为可执行。 对于数据段，同样使用`do_mmap`，但设置了`PROT_READ`、`PROT_WRITE`和`PROT_EXEC`权限，允许读取、写入和执行（在某些情况下，数据段可能包含可执行的代码，如跳转表）。映射标志与代码段类似，但这里的数据段可能需要写入，因此没有`MAP_DENYWRITE`。 对于ELF格式的二进制文件，处理更为复杂。在加载时，会检查每个节区（program header, elf_ppnt）的标志，根据`PF_R`、`PF_W`和`PF_X`来决定段的读、写、执行权限，并使用相应的`PROT_READ`、`PROT_WRITE`和`PROT_EXEC`。然后，通过`elf_map`函数进行映射，设置相应的权限和标志。 `do_mmap`函数不仅创建虚拟内存区域（vma），还设置了vma的缺页处理函数，例如`filemap_nopage`。这意味着只有当程序实际访问到某一页时，才会分配物理内存（即懒加载）。在`do_mmap_pgoff`中，还会根据文件是否可读来决定vma的`VM_MAYREAD`标志，这影响了后续的缺页处理策略。 这个过程确保了Linux进程的内存效率和安全性，同时保证了程序的正确执行。通过私有映射，每个进程都有自己的代码和数据副本，减少了不必要的同步开销。此外，通过延迟页面分配，系统可以更有效地管理内存资源。