ELF之學習心得01

目前Linux的主要的可執行檔格式是ELF(Executable and Linking Format)，ELF為COFF格式的後繼者，主要特徵是可擁有多個section，並且有32-bit與64-bit的數值用以區別其格式屬於32-bit或是64-bit。主要缺點是ELF設計時有一個假設，每個系統只會有一個ABI(Application Binary Interface)，但是事實上這是錯的，如SYSV至少就有SVR、Solaris、SCO等ABI。(詳細內容請閱讀參考資料)

ELF主要有三種類型的object files：
• A relocatable file holds code and data suitable for linking with other object files to create an executable or a shared object file.
• An executable file holds a program suitable for execution.
• A shared object file holds code and data suitable for linking in two contexts. First, the link editor may process it with other relocatable and shared object files to create another object file. Second, the dynamic linker combines it with an executable file and other shared objects to create a process image.

這是ELF的layout，所謂的Linking View是指以檔案呈現之ELF(左圖)，而Execution View則是指被載入到RAM上執行的ELF(右圖)。

主要的section包含
1. .text，存放程式碼的區域。
2. .data用於存放已經初始化的變數。
3. .bss用於存放未初始化的變數或者內容初始化為0的，該區域不占檔案空間。
4. .rodata用於存放read-only data。
5. 其他section和使用者自訂section後面再慢慢介紹。

這些以"."開頭的section為系統保留之section，使用者可以自訂section，但是應該避免使用"."開頭。

#include <stdio.h>

int i0 = 0;
int i1 = 1;
static int si0 = 0;
static int si1 = 1;
const int ci0 = 0;
const int ci1 = 1;
const static int csi0 = 0;
const static int csi1 = 1;

int main(void)
{
    return 0;
}

objdump -x a.out 

SYMBOL TABLE:
0000000000601034 l   O .bss     0000000000000004  si0
000000000060101c l   O .data    0000000000000004  si1
00000000004005b4 l   O .rodata  0000000000000004  csi0
00000000004005b8 l   O .rodata  0000000000000004  csi1
00000000004005b0 g   O .rodata  0000000000000004  ci1
0000000000601030 g   O .bss     0000000000000004  i0
00000000004005ac g   O .rodata  0000000000000004  ci0
0000000000601018 g   O .data    0000000000000004  i1

根據前面的規則用const修飾的變數會被放置在.rodata中，有ci0、ci1、csi0、csi1。未初始化的變數或者內容初始化為0的都會被放置在.bss中，有i0、si0。已經初始化的變數則放在.data中，有i1、si1。

參考資料：
• 16.3. 為甚麼要用(甚麼是) a.out 和 ELF 執行檔格式？
• 程式設計師的自我修養 - 連結、載入、程式庫, CH3
• Tool Interface Standard (TIS) Executable and Linking Format (ELF)
• wiki, .bss

Android on OpenWrt

這篇要介紹openwrt上面的Andorid emulator，使用openwrt只有一個原因，因為內建android emulator，只要configure好，就可以執行。
步驟如下：

brook@vista:~/projects$ git git://nbd.name/openwrt.git
brook@vista:~/projects$ cd openwrt
brook@vista:~/projects/openwrt$ make menuconfig
    Target System選擇"Goldfish (Android Emulator)"
    Target Images選擇"jffs2"
    Emulators選擇"goldfish-qemu"
brook@vista:~/projects/openwrt$ make world

有相關的package沒裝好就會出現error，再依照指示逐一裝上即可。
最後執行內建的script就可以呼叫android模擬器出來了。

brook@vista:~/projects/openwrt/bin/goldfish$ sh run-emulator.sh

參考資料：
• http://lwn.net/Articles/332301/
• http://nbd.name/blog/?p=36
• http://nbd.name/blog/?p=48
• https://forum.openwrt.org/viewtopic.php?id=15201

Linux Kernel（14）- Kernel Synchronization

這裡簡單介紹的介紹一下Kernel Synchronization的幾個觀念的幾個觀念。

1. Race Condition
當多個process同時對同一個資料進行存取，且執行結果和其存取順序的不同而有所不同，稱為race condition。
2. Critical Regions(或稱critical sections)
指的是一個存取共用資源的程式片斷。
3. Kernel Synchronization
簡單說防止kernel發生race condition。保護的重點是shared data，而且保護的範圍和負擔越小越好。

Kernel Synchronization常見的作法就是locking，每次只允許一個process可以存取share data，就可以避免race condition了。

在kernel中有幾種引發concurrency的可能
1. Interrupt
當CPU收到interrupt會立刻中斷目前工作去執行interrupt handler。
2. Softirq
當softirq被raise起來就會中斷目前工作去執行softirq。
3. kernel preemption
如果kernel preemption被開啟，那麼task就可能被中斷。
4. Sleeping
如果kernel執行到blocking code，就可能被schedule出去。
5. SMP
同時間兩個以上的CPU存取相同的資料就會發生race condition。

在linunx kernel中，執行的context主要分成兩種interrupt context和process context，凡是只要in_interrupt()都是interrupt context，所以引起的原因包含Hardware interrupt和softirq兩種。以下就擷取片段程式碼說明。

// thread_info存放在task的stack裡面
# define task_thread_info(task)  ((struct thread_info *)(task)->stack)

// thread_info中的preempt_count分成幾個部份
// bits 0-7 are the preemption count (max preemption depth: 256)
// bits 8-15 are the softirq count (max # of softirqs: 256)
// bits 16-25 are the hardirq count (max # of nested hardirqs: 1024)
// bit 26 is the NMI_MASK
// bit 28 is the PREEMPT_ACTIVE flag
struct thread_info {
    struct task_struct *task;   /* main task structure */
    int    preempt_count;       /* 0 => preemptable */
};

# define preempt_count()        (current_thread_info()->preempt_count)
# define add_preempt_count(val) do { preempt_count() += (val); } while (0)
# define sub_preempt_count(val) do { preempt_count() -= (val); } while (0)

// 當每次呼叫irq_enter()就會將preempt_count屬於HARDIRQ的部份遞增
#define __irq_enter()                       \
    do {                                    \
        account_system_vtime(current);      \
        add_preempt_count(HARDIRQ_OFFSET);  \
        trace_hardirq_enter();              \
    } while (0)

# define invoke_softirq()   do_softirq()
# define IRQ_EXIT_OFFSET    HARDIRQ_OFFSET
/*
 * Exit an interrupt context. Process softirqs if needed and possible:
 */
void irq_exit(void)
{
    // 離開hard interrupt所以要減回去HARDIRQ_OFFSET
    sub_preempt_count(IRQ_EXIT_OFFSET);
    // 如果不在interrupt context(如softirq裡面),
    // 而且softirq有被raise就執行softirq
    if (!in_interrupt() && local_softirq_pending())
        invoke_softirq();
}

此圖出於http://blog.csdn.net/hero7935/archive/2011/05/07/6401522.aspx

參考資料：
• Linux Kernel Development 2nd, Novell Press