拼多多面试 Linux下一个应用程序开始执行到main被调用之间经历了什么?

在Linux系统中，一个应用程序从开始执行到main函数被调用之间经历了多个复杂的步骤。以下是一个详细的流程概述：

1. 加载器（Loader）

当用户在终端或脚本中启动一个程序时，shell调用系统调用execve。这个系统调用将负责启动程序的执行。

2. 内核态操作

内核处理execve系统调用并执行以下操作：

• 可执行文件查找：内核找到并验证要执行的可执行文件。
• 文件读取：读取ELF（Executable and Linkable Format）可执行文件头，以获取程序入口点、程序头表等。

3. 创建进程环境

• 创建新进程：内核为新进程分配资源，如进程控制块（PCB）、内存空间等。
• 加载程序段：根据ELF文件的程序头表，内核将可执行文件的各个段（如代码段、数据段）加载到新进程的地址空间。
• 设置堆栈：为进程分配用户栈，并将命令行参数和环境变量拷贝到用户栈上。
• 动态链接器：如果程序是动态链接的，内核会加载动态链接器（ld-linux.so），并将控制权移交给它。

4. 动态链接器（Dynamic Linker/Loader）

如果程序是动态链接的，动态链接器将执行以下步骤：

• 解析符号：解析并加载所需的共享库，满足所有未定义的符号。
• 重定位：修改程序中的地址引用，使其指向正确的内存地址。
• 初始化函数：执行共享库中的初始化代码（如.init段中的代码），通常通过调用构造函数（constructor）。

5. 用户态准备

在动态链接器完成工作后，程序的控制权会传递给程序的入口点（通常是 _start 函数）。

6. C运行时（C Runtime, CRT）初始化

程序的入口点 _start 通常是由C运行时库提供的启动代码。它完成以下操作：

• 堆栈和全局数据初始化：设置堆栈指针，初始化全局变量和静态变量。
• 调用程序初始化函数：执行编译器生成的初始化函数（如 .init_array 数组中的函数）。
• 准备参数：将命令行参数和环境变量传递给 main 函数。

7. 调用 main

完成所有初始化步骤后，CRT代码调用 main 函数，开始执行用户定义的程序逻辑。

具体步骤的示例代码

下面是一些伪代码，描述了从 _start 到 main 的执行过程：

.section .text
.globl _start

_start:
    # 设置栈指针
    # 初始化堆栈、全局变量等
    call __libc_start_main

__libc_start_main:
    # 初始化C运行时环境
    # 调用全局和静态构造函数
    call init_functions

    # 调用用户定义的main函数
    call main

    # main函数返回后调用退出处理函数
    call exit

小结

综上所述，从Linux系统下启动一个应用程序到调用main函数，需要经过以下主要步骤：

1. 加载器处理execve系统调用，加载程序到内存。
2. 内核创建进程环境，加载程序段和动态链接器。
3. 动态链接器解析符号，加载共享库，执行初始化代码。
4. C运行时库初始化，设置堆栈和全局数据，准备main函数的参数。
5. 最后调用main函数，开始执行用户程序逻辑。

每个步骤都涉及复杂的底层操作，确保程序能够正确加载并运行。