Month: April 2025

実行ファイルは、
– コードを含むデータ領域のファイル上のオフセット、サイズ、メモリマップ開始アドレス
– 最初に実行する命令のメモリアドレス(エントリポイント)
を持っている。

100 オフセット(基準点)
100 サイズ
300 メモリマップ開始アドレス
200 データオフセット
200 データサイズ
400 メモリマップ開始アドレス
400 エントリポイント(エントリポイントからプログラム開始)

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>

static void child(){
    char *args[] = {"/bin/echo", "hello", NULL};
    printf("I'm child! my pid is %d.\n", getpid());
    fflush(stdout);
    execve("/bin/echo", args, NULL);
    err(EXIT_FAILURE, "exec() failed");
}

static void parent(pid_t pid_c) {
    printf("I'm parent! my pid is %d and the pid of my child is %d.\n", getpid(), pid_c);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

int main(void) {
    pid_t ret;
    ret = fork();
    if (ret == -1)
        err(EXIT_FAILURE, "fork() failed");
    if (ret == 0) {
        child();
    } else {
        parent(ret);
    }
    err(EXIT_FAILURE, "shouldn't reach here");
}

$ ./fork
I’m parent! my pid is 314918 and the pid of my child is 314919.
I’m child! my pid is 314919.
hello

スタックマシンの場合はpushとpupだが、この場合はオフセット、サイズ、エントリポイント、メモリ(レジスタ)の番地を指定している。逆に言えば、スタックの場合は順番に気をつけなければならないが、オフセットなどを指定できる場合はより柔軟に対応できるということか。

Linuxのプロセス生成にはfork() ※clone(), execve()の2つのシステムコールがある。

同じプログラムの処理を複数のプロセスに分けるのはfork()
– プロセスを新規作成

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>

static void child(){
    printf("I'm child! my pid is %d.\n", getpid());
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

static void parent(pid_t pid_c) {
    printf("I'm parent! my pid is %d and the pid of my child is %d.\n", getpid(), pid_c);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

int main(void) {
    pid_t ret;
    ret = fork();
    if (ret == -1)
        err(EXIT_FAILURE, "fork() failed");
    if (ret == 0) {
        child();
    } else {
        parent(ret);
    }
    err(EXIT_FAILURE, "shouldn't reach here");
}

$ ./fork
I’m child! my pid is 314564.
I’m parent! my pid is 314563 and the pid of my child is 314564.

システムコールはアーキテクチャ依存のアセンブリコードを使って呼び出す

$ ldd /bin/echo
linux-vdso.so.1 (0x0000ffffb992d000)
libc.so.6 => /lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6 (0x0000ffffb9720000)
/lib/ld-linux-aarch64.so.1 (0x0000ffffb98f4000)

$ ldd /usr/bin/python3
linux-vdso.so.1 (0x0000ffffb5233000)
libm.so.6 => /lib/aarch64-linux-gnu/libm.so.6 (0x0000ffffb4b90000)
libexpat.so.1 => /lib/aarch64-linux-gnu/libexpat.so.1 (0x0000ffffb4b50000)
libz.so.1 => /lib/aarch64-linux-gnu/libz.so.1 (0x0000ffffb4b20000)
libc.so.6 => /lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6 (0x0000ffffb4970000)
/lib/ld-linux-aarch64.so.1 (0x0000ffffb51fa000)

pythonは内部的に標準のclibraryを使っている。libcというのがcライブラリ
OSが提供するプログラムの一例として
init, sysctl, nice, sync, touch, mkidr, grep, sort, uniq, sar, iostat, gcc, perl, python, ruby, bash などがある。

### C言語の場合

#include <stdio.h>

int main(void) {
    puts("hello world");
    return 0;
}

$ strace -o hello.log ./hello
hello world

$ cat hello.log
execve(“./hello”, [“./hello”], 0xffffda929930 /* 42 vars */) = 0
brk(NULL) = 0xaaab00641000
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xffff9126e000
faccessat(AT_FDCWD, “/etc/ld.so.preload”, R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, “/etc/ld.so.cache”, O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
newfstatat(3, “”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=48255, …}, AT_EMPTY_PATH) = 0
mmap(NULL, 48255, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xffff9122d000
close(3) = 0
openat(AT_FDCWD, “/lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6”, O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, “\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\267\0\1\0\0\0\340u\2\0\0\0\0\0″…, 832) = 832
newfstatat(3, “”, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1637400, …}, AT_EMPTY_PATH) = 0
mmap(NULL, 1805928, PROT_NONE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xffff91074000
mmap(0xffff91080000, 1740392, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0xffff91080000
munmap(0xffff91074000, 49152) = 0
munmap(0xffff91229000, 15976) = 0
mprotect(0xffff91208000, 61440, PROT_NONE) = 0
mmap(0xffff91217000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x187000) = 0xffff91217000
mmap(0xffff9121d000, 48744, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xffff9121d000
close(3) = 0
set_tid_address(0xffff9126ef30) = 313040
set_robust_list(0xffff9126ef40, 24) = 0
rseq(0xffff9126f600, 0x20, 0, 0xd428bc00) = 0
mprotect(0xffff91217000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0xaaaac9350000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0xffff91273000, 8192, PROT_READ) = 0
prlimit64(0, RLIMIT_STACK, NULL, {rlim_cur=8192*1024, rlim_max=RLIM64_INFINITY}) = 0
munmap(0xffff9122d000, 48255) = 0
newfstatat(1, “”, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(0x88, 0x3), …}, AT_EMPTY_PATH) = 0
getrandom(“\xbf\x00\x96\xce\x0e\x82\xcd\xa2”, 8, GRND_NONBLOCK) = 8
brk(NULL) = 0xaaab00641000
brk(0xaaab00662000) = 0xaaab00662000
write(1, “hello world\n”, 12) = 12
exit_group(0) = ?
+++ exited with 0 +++

色々はかれていますが、write()がシステムコールです。
write(1, “hello world\n”, 12) = 12

### Pythonの場合

#include <stdio.h>

int main(void) {
    puts("hello world");
    return 0;
}

$ strace -o hello.py python3 ./hello.py

システムコールってよく聞くけど、システムコールの理解が深まった気がする。

Average: CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
Average: all 1.62 0.00 1.69 0.19 0.00 96.50
Average: 0 1.56 0.00 1.79 0.11 0.00 96.54
Average: 1 1.68 0.00 1.60 0.26 0.00 96.46

ユーザモードはuser, niceで systemがカーネルモード、idelは何も動いていない状態です。