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Linux下一个最简单的不依赖第三库的的C程序（2）

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一个最简单的C程序，如下：

main.c： 

int main()

{

   char *str = "Hello World";

   return ;

}

在64位平台上编译一个32位的程序，如下：（32位只是为了演示方便） 

gcc -m32 -o hello main.c
./hello

echo $?

运行后 会看到结果是 8，说明程序正常。$?表示查看上一个命令的返回值


统计一下程序大小：7263字节， 

wc -c hello

 hello

通过 ldd 查看动态库的依赖，发现如下的一些动态库依赖， libc.so ,可以说是几乎所有 Linux 上的程序都会依赖的一个基础C函数库。 ld-linux.so 是一个动态dll的加载库，它会动态加载 libc.so , dll在 Linux 上 叫 shared object , 后缀是 .so 。 linux-gate.so 是一个伪文件，它是与内核联系的一个接口，64位程序的 linux-vdso.so 也是同样的作用 。 

ldd hello

linux-gate.so. => (0xf7780000)

libc.so. => /lib/i386-linux-gnu/libc.so. (0xf75ae000)

/lib/ld-linux.so. (0x5662a000)

我们加上 -nostdlib 选项，该选项在linking链接阶段，不会把标准库和启动文件引入进来，下面提示没有找到 _start 这个函数符号，默认给了一个入口地址。
我们不管这个警告，执行程序，发现报段错误，如果统计这个可执行文件的大小，会发现大小有1128字节，比之前的7236小了好多。 

gcc -m32 -nostdlib -o hello main.c

  /usr/bin/ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 00000000080480d8

./hello

  Segmentation fault

ldd hello

  not a dynamic executable

wc -c hello

   hello

当使用 -nostdlib 编译的时候，提示没有找到 _start 函数符号，那我们会不会想到是 glibc 里面提供的某个函数呢？
Linux 上的C程序，入口实际是 _start ，而不是我们代码里的 main , _start 定义在 ctr1.o 这个可重定位目标文件里

查找一下 ctr1.o 这个文件， 找到文件位置。
sudo find / -name "crt1.o"

只编译，不链接， -c 表示只编译，生成一个32位的 hello.o 的目标文件 

gcc -m32 -Os -c main.c -o hello.o

进行链接： 

ld /usr/lib/i386-linux-gnu/crt1.o -o hello hello.o

#64位crt1.o 在/usr/lib/x86_64-linux-gnu/crt1.o

发现报错： 

/usr/lib/i386-linux-gnu/crt1.o: In function `_start':

(.text+0xc): undefined reference to `__libc_csu_fini'

/usr/lib/i386-linux-gnu/crt1.o: In function `_start':

(.text+0x11): undefined reference to `__libc_csu_init'

/usr/lib/i386-linux-gnu/crt1.o: In function `_start':

(.text+0x1d): undefined reference to `__libc_start_main'

crt1.o 对应的代码在 glibc 的源代码，在 glibc-2.19 源代码目录下的 sysdeps/i386/start.S 或 sysdeps/x86_64/start.S ，
_start 调用了 __libc_start_main 等函数， __libc_start_main 在 csu/libc-start.c ，可以看到： 

result = main (argc, argv, __environ MAIN_AUXVEC_PARAM);

这就是main被调用的地方。 这个是我们用户代码开始的地方

所以，在 _start 和 main 之间的那些函数都是做一些glibc的准备工作，我们这里要剥离glibc的依赖，所以，我们直接可以这样做：
增加一个文件：
stubstart.s 

.globle _start

_start:call main

编译： 

gcc -m32 -nostdlib -Os stubstart.s main.c -o hello

./hello #运行报错：Segmentation fault

让我使用加上调试信息，重新编译，用gdb来看看 

gcc -m32 -g -nostdlib -O0 stubstart.s main.c -o hello

首先反汇编看看，不同的编译优化，汇编代码会有一些不同： 

objdump -d hello

hello: file format elf32-i386

Disassembly of section .text:

080480d8 <_start>:

80480d8:    e8           call 80480dd <main>          #等价于：push %eip   ;   mov 80480dd, %eip

080480dd <main>:

80480dd:                       push %ebp

80480de:     e5                mov %esp,%ebp                #这2句是所有函数调用都有的，序言，套路，重新设置栈顶

80480e0:     ec              sub $0x10,%esp               #分配临时变量

80480e3:    c7  fc f1    movl $0x80480f1,-0x4(%ebp)   #字符串赋值

80480ea:    b8           mov $0x8,%eax                #这里是把8赋值给eax，如果是把0赋值给eax，指令可能是：xor %eax,%eax 。 
                                                              #  xor 异或自己就是0，与 movl $, %eax 具有类似效果

80480ef:    c9                   leave                        #等价于：mov %ebp,%esp    ;    pop %esp ; 
                                                              #  同时esp自动加一个步进（往栈基移动一个步进），
                                                              #  即80480dd地址后的2个指令反向执行，回归原位

80480f0:    c3                   ret                          #等价于 pop %eip，是call指令的反向执行，回归原位

我们用gdb来看看 

gdb ./main

gdb> break _start

gdb> run

到_start 函数命中断点，开始 stepi 单步的执行汇编指令。

程序从 _start 开始，调用 main ， main 函数从上到下执行，从地址 80480dd 执行到 80480f0 ， call 返回后，下一条指令又是 80480dd ，又会调用 main ，从地址 80480dd 执行到 80480f0 又执行一遍，第二次执行，其实不是本意，
只是刚好 call 后面的指令恰好是 main 函数，一直在执行到 ret 指令，这时，栈顶的值是 0x1 , 把该值给 eip ， 0x1 地址上无有效指令，报段异常，正确的段应该在 80480f0 附近

这里主要就是因为 call 返回后，下一条指令又是 80480dd ，恰好是 main 函数， gcc 编译的时候，如果使用 -Os 选项，得到的反汇编如下，这时就不会执行2次，但是依然会报段错误，因为指令指针已经飞到其他地方去了。 

080480d8 <main>:

80480d8:                 push %ebp

80480d9:    b8     mov $0x8,%eax

80480de:     e5          mov %esp,%ebp

80480e0:    5d             pop %ebp

80480e1:    c3             ret

080480e2 <_start>:

80480e2:    e8 f1 ff ff ff call 80480d8 <main>

正确的做法就是：在 call main 之后，退出进程。 

.globl _start

_start:  call main

         mov $, %eax

         mov $, %ebx

         int $0x80

调用系统调用 _exit(0) ；正确退出。

反汇编如下： 

080480d8 <_start>:

80480d8:    e8 0c         call 80480e9 <main>

80480dd:    b8          mov $0x1,%eax

80480e2:    bb          mov $0x0,%ebx

80480e7:    cd                int $0x80    #END

080480e9 <main>:

80480e9:                       push %ebp

80480ea:     e5                mov %esp,%ebp

80480ec:     ec              sub $0x10,%esp

80480ef:    c7  fc fd    movl $0x80480fd,-0x4(%ebp)

80480f6:    b8           mov $0x8,%eax

80480fb:    c9                   leave0480fc:    c3                   ret

如果用C语言来代替之前那个_start的汇编，则如下：
stubstart.c 

void _start() {

 // main body of program: call main(), etc

     // exit system call

      asm("mov $1,%eax;"

          "xor %ebx,%ebx;"

          "int $0x80"

          // xor 异或自己就是0，与 movl $0, %eax 具有类似效果

      );

}

至此，一个完全不依赖第三方库的简单C函数就完成了。

参考：

https://www.cnblogs.com/TOLLA/p/9646035.html
https://blogs.oracle.com/linux/hello-from-a-libc-free-world-part-1-v2
https://blogs.oracle.com/linux/hello-from-a-libc-free-world-part-2-v2

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