EXECVE(2)

ИМЯ
execve - выполнить программу

ОБЗОР
#include <unistd.h>

int execve(const char *pathname, char *const argv[],
char *const envp[]);

ОПИСАНИЕ
Вызов execve выполняет программу, задаваемую pathname. При этом программа, выполняющаяся вызвавшим процессом, замещается новой программой, заново инициализируется стек, куча и сегменты данных (инициализированные и не инициализированные).

В pathname должно быть указано имя двоичного исполняемого файла или сценарий, начинающийся со строки вида:

    #!интерпретатор [необязательный параметр]

Подробней о сценариях написано далее в «Интерпретируемые сценарии».

argv — это массив строковых параметров, передаваемых новой программе. По соглашению, в первой строке (т. е., argv[0]) должно содержаться имя файла, относящееся к запускаемой программе. envp — это массив строк в формате ключ=значение, которые передаются новой программе в качестве окружения (environment). Оба массива argv и envp завершаются указателем null.

К массиву параметров и окружению можно обратиться из вызываемой программой главной функции, если она определена как:

    int main(int argc, char *argv[], char *envp[])

Однако заметим, что использование третьего аргумента главной функции не определено в POSIX.1; согласно POSIX.1, окружение должно быть доступно через внешнюю переменную environ(7).

При успешном выполнении execve() управление не возвращается, а код, инициализированные данные, неинициализированные данные (bss) и стек вызвавшего процесса перезаписываются содержимым загруженной программы.

Если текущая программа выполнялась под управлением ptrace, то после успешного вызова execve() ей посылается сигнал SIGTRAP.

Если у файла программы, на который ссылается pathname, установлен бит set-user-ID, то фактический идентификатор пользователя вызывающего процесса меняется на идентификатор владельца файла программы. Точно также, если на файле программы установлен бит set-group-ID, то фактический идентификатор группы вызывающего процесса становится равным группе, которой принадлежит файл программы.

Вышеупомянутые преобразования эффективных IDs не выполняются (т. е., биты set-user-ID и set-group-ID игнорируются), если что-либо из следующего истинно:

*   установлен атрибут no_new_privs для вызывающей нити (смотрите prctl(2));

*   подлежащая файловая система смонтирована с nosuid (флаг MS_NOSUID для mount(2)); или

*   вызывающий процесс выполняется под контролем ptrace.

Также игнорируются мандаты файла программы (смотрите capabilities(7)), если что-то из вышеперечисленного истинно.

Фактический идентификатор пользователя процесса копируется в сохранённый идентификатор пользователя (set-user-ID), также фактический идентификатор группы копируется в сохранённый идентификатор группы (set-group-ID). Это копирование выполняется после изменения любого фактического идентификатора, которое происходит из-за выставленных бит режима set-user-ID и set-group-ID.

Реальные UID и GID процесса, а также его дополнительные ID групп не изменяются при вызове execve().

Если исполняемый файл является динамически-скомпонованным файлом в формате a.out, содержащим заглушки для динамических библиотек, то в начале выполнения этого файла вызывается динамический компоновщик Linux ld.so(8), который начинает выполнение с загрузки общих объектов в память и компонует их с исполняемым файлом.

Если исполняемый файл является динамически компонуемым файлом в формате ELF, то для загрузки необходимых общих объектов используется интерпретатор, указанный в сегменте PT_INTERP. Для программ, скомпонованных с glibc, обычно это /lib/ld-linux.so.2 (смотрите ld-linux.so(8)).

При вызове execve() сохраняются все свойства процесса, за исключением:

*   Значения обработчиков всех захватываемых сигналов сбрасываются в значения по умолчанию (signal(7)).

*   Любой альтернативный стек сигнала не сохраняется (sigaltstack(2)).

*   Проецирование памяти не сохраняется (mmap(2)).

*   Подключённые общие сегменты памяти System V отключаются (shmat(2)).

*   Области общей памяти POSIX становятся неспроецированными (shm_open(3)).

*   Открытые дескрипторы в очереди сообщений POSIX закрываются (mq_overview(7)).

*   Все открытые именные семафоры POSIX закрываются (sem_overview(7)).

*   Таймеры POSIX не сохраняются (timer_create(2)).

*   Все открытые потоки каталогов (directory streams) закрываются (opendir(3)).

*   Блокировки памяти не сохраняются (mlock(2), mlockall(2)).

*   Обработчики завершения работы (exit handlers) не сохраняются (atexit(3), on_exit(3)).

*   Окружения плавающей точки сбрасываются в настройки по умолчанию (fenv(3)).

В POSIX.1 определён список сохраняемых свойств процесса. Следующие свойства процесса, имеющиеся только в Linux, также не сохраняются при execve():

*   Устанавливается флаг PR_SET_DUMPABLE (prctl(2)), если выполняемая программа не имеет установленных бит set-user-ID или set-group-ID; в противном случае он очищается.

*   Флаг PR_SET_KEEPCAPS (prctl(2)) очищается.

*   (Начиная с Linux 2.4.36 / 2.6.23) Если выполняется программа с установленным битом set-user-ID или set-group-ID, то сигнал о смерти родителя, установленный prctl(2) с флагом PR_SET_PDEATHSIG, очищается.

*   Имя процесса, установленное через prctl(2) PR_SET_NAME (и отображаемое ps -o comm), изменяется на имя нового исполняемого файла.

*   Флаг SECBIT_KEEP_CAPS securebits очищается. Смотрите capabilities(7).

*   Сигнал завершения (termination signal) устанавливается в SIGCHLD (clone(2)).

*   Таблица файловых дескрипторов не является общей, отменяется действие флага CLONE_FILES у clone(2).

Также стоит учитывать следующее:

*   Все нити (threads), отличные от вызывающей, уничтожаются execve(). Мьютексы, условные переменные и другие объекты pthreads не сохраняются.

*   При запуске программы выполняется эквивалент setlocale(LC_ALL, "C").

*   В POSIX.1 указано, что действия по отношению к любым игнорируемым или имеющим настройку по умолчанию сигналам, остаются неизменными. В POSIX.1 есть одно исключение: если SIGCHLD игнорируется, то реализация может оставить обработку сигнала (disposition) неизменной или вернуть настройку по умолчанию; в Linux используется первое.

*   Все ожидающие выполнения асинхронные операции ввода-вывод отменяются (aio_read(3), aio_write(3)).

*   Как происходит обработка мандатов (capabilities) при вызове execve(), см. capabilities(7).

*   По умолчанию, после execve() файловые дескрипторы остаются открытыми. Файловые дескрипторы, помеченные как close-on-exec (закрывать при запуске), закрываются; смотрите описание FD_CLOEXEC в fcntl(2) (если файловый дескриптор закрыт, это приводит к освобождению всех имеющихся блокировок, полученных на соответствующий файл данным процессом. Подробней смотрите fcntl(2)). В POSIX.1 сказано, что если бы файловые дескрипторы 0, 1 и 2 были закрыты после успешного вызова execve(), и процесс получил бы привилегии из-за установленных битов режима set-user-ID или set-group_ID на исполняемом файле, то система смогла бы открыть произвольный файл для каждого из этих дескрипторов. Считается, что переносимая программа, с привилегиями или без, не может рассчитывать, что эти три файловых дескриптора будут оставаться закрытыми после execve().

  Интерпретируемые сценарии
Интерпретируемый сценарий — это текстовый файл, у которого установлен бит выполнения и первая строка имеет вид:

    #!интерпретатор [необязательный параметр]

В поле интерпретатор должно быть указано имя файла запуска.

Если в аргументе pathname для execve() указан интерпретируемый сценарий, то интерпретатор будет вызван со следующими параметрами:

    интерпретатор [необязательный параметр] pathname параметр…

где pathname — абсолютный путь к файлу, указанному в первом аргументе execve() и параметр... — последовательность слов, указываемых аргументом argv в execve() начиная с argv[1]. Заметим, что нельзя получить argv[0], переданный в вызов execve().

В целях переносимости, необязательный параметр должен быть или пустым, или задаваться одним словом (т.е., не должен содержать пробельных символов); см. ЗАМЕЧАНИЯ далее.

Начиная с Linux 2.6.28 ядро позволяет интерпретатору сценария самому быть сценарием. Это разрешение рекурсивно (до четырёх раз), поэтому сценарий может быть сценарием, который интерпретируется сценарием и т. д.

  Ограничения на размер параметров и окружения
Большинство реализаций UNIX накладывает некоторые ограничения на полный размер параметра командной строки (argv) и окружения (envp), которые можно передать новой программе. POSIX.1 позволяет реализации объявить это ограничение через константу ARG_MAX (определённую в <limits.h> или сделать её доступной во время выполнения через вызов sysconf(_SC_ARG_MAX)).

В ядре Linux до версии 2.6.23 размер памяти, используемый для хранения окружения и строк параметров, был ограничен 32 страницами (определялся ядерной константой MAX_ARG_PAGES). На архитектурах с 4-КиБ размером страницы это давало максимальный размер в 128 КиБ.

Начиная с ядра версии 2.6.23, большинство архитектур поддерживают предельный размер, высчитываемый от мягкого ограничения ресурса RLIMIT_STACK (см. getrlimit(2)), который действует во время вызова execve(). (Исключение составляют архитектуры без механизма управления памятью: в них ограничение рассчитывается как и до версии 2.6.23.) Это изменение позволяет программам иметь больший список параметров и/или окружения. Для этих архитектур полный размер ограничен до 1/4 разрешённого размера стека. (Накладываемое ограничение в 1/4 позволяет новой программе всегда иметь некоторое пространство под стек.) Кроме того, полный размер ограничен 3/4 значения ядерной константы _STK_LIM (8 мибибайт). Начиная с Linux версии 2.6.25, ядро также отводит нижние 32 страницы для этого предельного размера, поэтому, даже когда RLIMIT_STACK задан слишком низко, приложения гарантированно получат, по крайней мере, столько же пространства под параметры и окружение, сколько бы они получили при работе с Linux 2.6.23 и ранее. (Это гарантия не обеспечивалась в Linux 2.6.23 и 2.6.24.) Также, размер строки ограничен 32 страницами (ядерная константа MAX_ARG_STRLEN), а максимальное число строк может быть 0x7FFFFFFF.

ВОЗВРАЩАЕМОЕ ЗНАЧЕНИЕ
При успешном выполнении execve() не возвращает управление. В случае ошибки возвращается -1, а errno устанавливается в соответствующее значение.

ОШИБКИ

E2BIG
    Слишком большое общее количество байт для окружения (envp) и списка параметров (argv).

EACCES
    В одном из каталогов префикса pathname или интерпретатора не разрешён поиск (смотрите также path_resolution(7)).

EACCES
    Файл или интерпретатор не являются обычным файлом.

EACCES
    Не установлен бит выполнения на файле или сценарии или интерпретаторе ELF.

EACCES
    Файловая система смонтирована с noexec.

EAGAIN (начиная с Linux 3.1)
    Из-за изменения реального UID одним из вызовов set*uid() ранее, вызывающий всё ещё превышает ограничитель ресурса RLIMIT_NPROC (смотрите setrlimit(2)). Подробное объяснение этой ошибки смотрите в ЗАМЕЧАНИЯХ.

EFAULT
    Значение pathname или один из указателей в векторах argv или envp указывает за пределы доступного адресного пространства.

EINVAL
    Исполняемый ELF-файл содержит более одного сегмента PT_INTERP (т.е., в нём указано более одного интерпретатора).

EIO Произошла ошибка ввода-вывода.

EISDIR
    Интерпретатор ELF является каталогом.

ELIBBAD
    Не распознан формат интерпретатора ELF.

ELOOP
    Во время определения pathname, имени сценария или интерпретатора ELF встретилось слишком много символьных ссылок.

ELOOP
    Достигнут предел количества рекурсий при интерпретации сценария (смотрите «Интерпретируемые сценарии» выше). До Linux 3.8 для этого случая возвращалась ошибка ENOEXEC.

EMFILE
    Было достигнуто ограничение по количеству открытых файловых дескрипторов на процесс.

ENAMETOOLONG
    Слишком длинное значение аргумента pathname.

ENFILE
    Достигнуто максимальное количество открытых файлов в системе.

ENOENT
    Файл pathname, сценарий или интерпретатор ELF не существует, или не найдена динамическая библиотека, необходимая для файлового интерпретатора.

ENOEXEC
    Не распознан формат исполняемого файла, он не подходит для архитектуры, или имеет ошибки в формате, из-за чего не может быть выполнен.

ENOMEM
    Недостаточное количество памяти ядра.

ENOTDIR
    Компонент пути в pathname, сценарии или интерпретаторе ELF в действительности не является каталогом.

EPERM
    Файловая система смонтирована с nosuid, пользователь не является суперпользователем, а на файле установлен бит set-user-ID или set-group-ID.

EPERM
    Над процессом выполняется трассировка, пользователь не имеет прав суперпользователя, а у файла установлен бит set-user-ID или set-group-ID.

EPERM
    Приложение «с недоработанными мандатами» (capability-dumb) не получило бы полный набор ограничивающих мандатов, разрешаемых исполняемым файлом. Смотрите capabilities(7).

ETXTBSY
    Заданный исполняемый файл был открыт на запись одним или более процессов.

СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТАМ
POSIX.1-2001, POSIX.1-2008, SVr4, 4.3BSD. В POSIX не описано поведение #!, но это существует (в нескольких вариантах) в других системах UNIX.

ЗАМЕЧАНИЯ
Иногда, про execve() (и подобные функции, описанные в exec(3)) говорят, что он «выполняет новый процесс». Это крайне некорректная фраза — не появляется нового процесса; много атрибутов вызывающего процесса остаются неизменными (в частности, его PID). Всё, что делает execve(2), это перестраивает существующий процесс (вызывавший процесс) под выполнение новой программы.

Над процессами с установленными set-user-ID и set-group-ID не может выполняться ptrace(2).

Результат работы при монтировании файловой системы с параметром nosuid различается в разных версиях ядра Linux: некоторые будут отказывать в запуске исполняемых файлов с установленными битами set-user-ID и set-group-ID, если это дало бы пользователю больше прав чем уже есть (и возвращать EPERM), другие просто проигнорируют биты set-user-ID и set-group-ID и успешно выполнят exec().

В Linux значения argv и envp могут быть равны NULL. В обоих случаях, это работает также, как если аргумент бы содержал указатель на список с единственным указателем null. Не пользуйтесь преимуществом данной нестандартной и непереносимой возможностью! В многих других системах UNIX указание argv равным NULL приводит к ошибке (EFAULT). Некоторые другие системы UNIX при envp==NULL работают также как Linux.

В POSIX.1 указано, что значения, возвращаемые sysconf(3), должны быть неизменны в течении существования процесса. Однако, начиная с версии Linux 2.6.23, если изменяется ограничение ресурса RLIMIT_STACK, то значение, возвращаемое для _SC_ARG_MAX, также будет изменено, чтобы отразить, что ограничение на пространство для хранения параметров командной строки и окружения было изменено.

В большинстве случаев отказа execve() управление возвращается в первоначально исполняемый образ и вызывающий execve() может обработать ошибку. Однако в (редких) случаях (обычно вызванных отсутствием ресурсов), ошибка может возникнуть после точки невозврата: первоначально исполняемый образ уже разрушен, а новый образ ещё сознан не полностью. В таких случаях ядро убивает процесс сигналом SIGKILL.

  Интерпретируемые сценарии
Ядро накладывает ограничение на максимальную длину текста после символов «#!» в начале сценария; символы за пределами границ игнорируются. До Linux 5.1 было ограничение в 127 символов. Начиная с Linux 5.1 ограничение установлено в 255 символов.

Семантика необязательного параметра интерпретатора сценариев различна в разных реализациях. В Linux, вся строка после имени интерпретатора передаётся интерпретатору как единый параметр, и эта строка может содержать пробельные символы. Однако, такое поведение отличается от других систем. Некоторые системы используют первый пробел в качестве признака окончания необязательного параметра. В других системах, интерпретатор сценариев может иметь несколько параметров, и пробелы в необязательном параметре используются для их разграничения.

На файлах со сценариями в Linux (как и большинстве других современных системах UNIX) игнорируются биты set-user-ID и set-group-ID.

  execve() и EAGAIN
Это более подробное объяснение ошибки EAGAIN, которая возвращается (начиная с Linux 3.1) при вызове execve().

Ошибка EAGAIN может возникать, когда предшествующий вызов setuid(2), setreuid(2) или setresuid(2) приводит к изменению у процесса реального идентификатора пользователя и это изменение приводит к тому, что процесс превышает свой ограничитель ресурса RLIMIT_NPROC (т. е., количество процессов, принадлежащих новому реальному UID, превышает ограничитель ресурса). В версиях Linux с 2.6.0 по 3.0, это приводит к ошибке вызова set*uid() (до версии 2.6 ограничитель ресурса не учитывался для процессов, которые изменили идентификатор пользователя).

Начиная с Linux 3.1, описанный сценарий больше не приводит к ошибке в вызове set*uid(), так как это слишком часто приводило к дырам в безопасности, когда некорректное приложение не проверяет возвращаемое состояние и предполагает, что если вызывающий имеет права root, то вызов всегда выполняется успешно. Вместо этого вызов set*uid() теперь успешно изменяет реальный UID, но ядро устанавливает внутренний флаг с именем PF_NPROC_EXCEEDED, который означает, что был превышен ограничитель ресурса RLIMIT_NPROC. Если флаг PF_NPROC_EXCEEDED установлен и ограничитель ресурса всё ещё превышен на момент последующего вызова execve(), то вызов завершается с ошибкой EAGAIN. Такая логика ядра гарантирует, что ограничитель ресурса RLIMIT_NPROC будет учтён при обычной последовательности действий для привилегированных служб, а именно — fork(2) + set*uid() + execve().

Если ограничитель ресурса был не превышен на момент вызова execve() (так как другие процессы, принадлежащие этому реальному UID завершили работу между вызовом set*uid() и execve()), то вызов execve() выполнится успешно и ядро очистит флаг PF_NPROC_EXCEEDED у процесса. Флаг также очищается, если при успешном выполнении процессом последующего вызова fork(2).

  Историческая справка
В UNIX V6 список аргументов вызова exec() заканчивался 0, а список аргументов main заканчивался -1. Поэтому, этот список аргументов не мог быть использован напрямую в последующем вызове exec(). Начиная с UNIX V7 оба списка стали оканчиваться NULL.

ПРИМЕР
Данная программа запускается второй программой, представленной ниже. Она просто выводит свои параметры командной строки по одному на строку.

    /* myecho.c */
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int
    main(int argc, char *argv[])
    {
        int j;
        for (j = 0; j < argc; j++)
            printf("argv[%d]: %s\n", j, argv[j]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

Эта программа может использоваться для запуска программы, чьё имя указано в параметре командной строки.

    /* execve.c */
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    int
    main(int argc, char *argv[])
    {
        char *newargv[] = { NULL, "hello", "world", NULL };
        char *newenviron[] = { NULL };
        if (argc != 2) {
            fprintf(stderr, "Использование: %s <file-to-exec>\n", argv[0]);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        newargv[0] = argv[1];
        execve(argv[1], newargv, newenviron);
        perror("execve");   /* execve() возвращается только при ошибке */
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

Мы можем использовать вторую программу для запуска первой:

    $ cc myecho.c -o myecho
    $ cc execve.c -o execve
    $ ./execve ./myecho
    argv[0]: ./myecho
    argv[1]: hello
    argv[2]: world

Также мы можем использовать эти программы для демонстрации использования интерпретатора сценариев. Для этого создадим сценарий, чей "интерпретатор" указывает на нашу программу myecho:

    $ cat > script
    #!./myecho script-arg
    ^D
    $ chmod +x script

Теперь мы можем использовать нашу программу для запуска сценария:

    $ ./execve ./script
    argv[0]: ./myecho
    argv[1]: script-arg
    argv[2]: ./script
    argv[3]: hello
    argv[4]: world

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ
chmod(2), execveat(2), fork(2), get_robust_list(2), ptrace(2), exec(3), fexecve(3), getopt(3), system(3), credentials(7), environ(7), path_resolution(7), ld.so(8)