关于riscv64架构下操作系统中elf程序加载器的实现

Question

我想在我编写的riscv架构的操作系统上实现一个elf文件加载器，用于执行elf格式程序，这是我存储elf文件数据的结构：

//exe info
typedef struct ELFExec {

  loader_env_t user_data;  //用户数据

  char * argv[MAXARGSIZE];
  int argv_size;
  char * envp[MAXARGSIZE];
  int envp_size;

  unsigned long file_size;
  unsigned long sections;
  unsigned long sectionTable;
  unsigned long sectionTableStrings;

  unsigned long symbolCount;
  unsigned long symbolTable;
  unsigned long symbolTableStrings;
  unsigned long entry;

  ELFSection_t text;
  ELFSection_t rodata;
  ELFSection_t data;
  ELFSection_t sdata;
  ELFSection_t bss;
  ELFSection_t init_array;
  ELFSection_t fini_array;
  ELFSection_t sdram_rodata;
  ELFSection_t sdram_data;
  ELFSection_t sdram_bss;

  unsigned int fini_array_size;

}__attribute__((aligned(16))) ELFExec_t;

typedef struct  {
  void *data;
  int secIdx;                   //section index
  unsigned long relSecIdx;      //index in relocation
  unsigned long sec_size;       //size of section(data len)
}__attribute__((aligned(16))) ELFSection_t;

我的设计思路如下：首先通过read系统调用读取elf文件头，提取出信息，然后用read系统调用将各个段(如text，bss,sdata这些）读取并存入ELFExec 这个结构体中的对应成员(如data段读出后存入ELFExec::text::data中)，最后跳转到ELFExec::entry指向的位置运行。我的问题如下：
1.我的设计思路有问题吗？
2.我在设计中并未使用mmap做内存映射，而是通过read和lseek等系统调用将elf文件中各个段的内容读入到结构体中存储，这样可以吗？
3.我目前已经实现了这个思路，但是在调试时候发现跳转到ELFExec::entry指向的位置运行一部分代码后会触发异常Load access fault，请问这是为什么？
已经询问过chatgpt和bing ai，并未得到有用的答案，因此来请教各位，感谢各位的热心回答！

Answer 1

您的设计思路基本上是正确的。您首先通过读取ELF文件头来提取出信息，然后使用read系统调用将各个段读取到内存中，并将其存储在ELFExec结构体的相应成员中。最后，跳转到ELFExec的entry指向的位置开始执行程序。这是一个常见的ELF加载器的设计思路。

使用read和lseek系统调用将ELF文件中的各个段读入到结构体中存储是可行的。您不一定需要使用mmap来进行内存映射。通过read和lseek系统调用，您可以将段数据直接读取到指定的内存位置，并将其存储在ELFExec结构体的相应成员中。

引发"Load access fault"异常可能有多种原因。这可能是由于您的加载器在加载过程中没有正确设置虚拟内存映射，导致尝试访问某些内存区域时引发异常。另外，还可能是由于加载的ELF文件包含了错误的指令或数据，导致异常。您可以通过调试工具、日志输出等方式来定位问题所在，并检查加载的ELF文件和加载器的实现是否正确。

下述是一些可能导致"Load access fault"异常的常见原因：

内存映射错误：在加载ELF文件时，如果没有正确映射虚拟地址到物理地址，或者映射的大小不正确，可能会导致访问异常。请确保正确设置虚拟内存映射，并将段数据加载到正确的虚拟地址。

错误的指令或数据：检查ELF文件中的指令和数据是否正确，是否存在不合法或错误的内容。特别注意代码段的地址对齐和访问权限。

内存保护：某些ELF文件可能具有特殊的内存保护属性，例如只读段或不可执行段。确保设置了正确的访问权限和内存属性。

希望上述信息对您有帮助！