Labyrinth - Cabbage74

理论#

进程自身只看得到寄存器和内存里的内容，如果想获取其他自身的信息需要和OS交互。

一种是可以通过getpid之类的的syscalls。

一种是/proc目录下的文件，/proc是一个伪文件系统，挂载在内存里不落盘。

Unix通过fork和execve两个API来复制和复位状态机。

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pid_t pid = fork();
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if (pid == 0) {
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    // 子进程：我现在是父进程的完整克隆
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    // 但我可以用自己的系统调用"重新配置自己"
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    close(0);                    // 关掉继承的 stdin
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    open("/dev/null", O_RDONLY); // 重定向到 /dev/null
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    dup2(pipe_fd, 1);            // stdout 重定向到管道
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    chdir("/some/dir");          // 切换工作目录
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    setenv("PATH", "...", 1);   // 修改环境变量
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    setgid(new_gid);            // 降权
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    setuid(new_uid);            // 降权
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    // ... 任何你能想到的状态修改
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    execve("/bin/myprog", argv, envp);  // 最后才加载新程序
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} else {
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    ...
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}

上面的代码创建了一个进程，在execve之前用代码自由的执行了降权之类的操作。

这体现了Unix的"机制而非策略"思想：内核提供 fork和 execve两个正交的机制，组合方式由用户态决定。

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BOOL CreateProcess(
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  LPCTSTR               lpApplicationName,
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  LPTSTR                lpCommandLine,
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  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
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  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
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  BOOL                  bInheritHandles,
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  DWORD                 dwCreationFlags,
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  LPVOID                lpEnvironment,
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  LPCTSTR               lpCurrentDirectory,
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  LPSTARTUPINFO         lpStartupInfo,
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  LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
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);

相对地，Windows设计spawn这类API需要维护非常多参数来尽量满足创建不同种类进程需要的能力。

教科书上一个简化的进程地址空间如下。

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┌─────────┐ 高地址
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│  stack  │
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├─────────┤
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│    ↓    │
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│   mmap  │
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│    ↑    │
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├─────────┤ ← break
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│  heap   │
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├─────────┤
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│  bss    │
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│  data   │
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│  text   │
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└─────────┘ 低地址

可以通过brk系统调用设置break的位置来控制堆区大小。历史上C语言里有一个sbrk函数是更高级的封装，现在被废弃了。

mmap操纵内存映射区。

想要看一个Linux进程具体的进程地址空间信息，可以用下面的命令。

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ubuntu@VM-0-9-ubuntu:~/os2026$ cat /proc/self/maps
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5647336d4000-5647336d6000 r--p 00000000 fc:02 926                        /usr/bin/cat
3
5647336d6000-5647336da000 r-xp 00002000 fc:02 926                        /usr/bin/cat
4
5647336da000-5647336dc000 r--p 00006000 fc:02 926                        /usr/bin/cat
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5647336dc000-5647336dd000 r--p 00007000 fc:02 926                        /usr/bin/cat
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5647336dd000-5647336de000 rw-p 00008000 fc:02 926                        /usr/bin/cat
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56476abe5000-56476ac06000 rw-p 00000000 00:00 0                          [heap]
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7f76c0218000-7f76c023a000 rw-p 00000000 00:00 0
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7f76c023a000-7f76c0523000 r--p 00000000 fc:02 2694                       /usr/lib/locale/locale-archive
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7f76c0523000-7f76c0526000 rw-p 00000000 00:00 0
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7f76c0526000-7f76c054e000 r--p 00000000 fc:02 11781                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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7f76c054e000-7f76c06e3000 r-xp 00028000 fc:02 11781                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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7f76c06e3000-7f76c073b000 r--p 001bd000 fc:02 11781                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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7f76c073b000-7f76c073c000 ---p 00215000 fc:02 11781                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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7f76c073c000-7f76c0740000 r--p 00215000 fc:02 11781                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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7f76c0740000-7f76c0742000 rw-p 00219000 fc:02 11781                      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
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7f76c0742000-7f76c074f000 rw-p 00000000 00:00 0
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7f76c0758000-7f76c075a000 rw-p 00000000 00:00 0
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7f76c075a000-7f76c075c000 r--p 00000000 fc:02 600                        /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
20
7f76c075c000-7f76c0786000 r-xp 00002000 fc:02 600                        /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
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7f76c0786000-7f76c0791000 r--p 0002c000 fc:02 600                        /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
22
7f76c0792000-7f76c0794000 r--p 00037000 fc:02 600                        /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
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7f76c0794000-7f76c0796000 rw-p 00039000 fc:02 600                        /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
24
7fffd6eb6000-7fffd6ed8000 rw-p 00000000 00:00 0                          [stack]
25
7fffd6f00000-7fffd6f04000 r--p 00000000 00:00 0                          [vvar]
26
7fffd6f04000-7fffd6f06000 r-xp 00000000 00:00 0                          [vdso]
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ffffffffff600000-ffffffffff601000 --xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]

/proc/self是一个符号链接，指向"正在读它的那个进程"的PID目录。

所以上面的命令返回的是cat这个进程的地址空间映射信息。

实验#

简单的模拟，热身实验。