读书笔记--《程序员的自我修养》第3章：目标文件里有什么（2）

青旅半醒 2022-05-13 08:00 188阅读 0赞

## 3.4 ELF文件结构描述 ##

ELF文件结构如图所示：  
![这里写图片描述][70]  
ELF目标文件格式最前面是ELF文件头，它包含了描述整个文件的基本属性，如ELF文件版本、目标机器型号、程序入口地址等。接着是ELF文件各个段。  
其中ELF文件中与段有关的重要结构是段表。该表描述了ELF文件包含的所有段的信息，如每个段的段名、段长、在文件中的偏移、读写权限及段的其他属性。

**3.4.1 文件头**  
输入命令：**$readelf -h SimpleSection.o**  
可以看出ELF文件头中定义了ELF魔数、文件机器字节长度、数据存储方式、版本等信息。  
ELF文件头结构及相关常数被定义在”/usr/include/elf.h”里，因为ELF文件在各个平台下都通用，因此有32位版本和64位版本。  
我们以32位文件头结构Elf32\_Ehdr为例来描述，它的定义如下：  
typedef struct \{  
unsigned char e\_ident\[16\];  
Elf32\_Half e\_type; //ELF文件类型  
Elf32\_Half e\_machine; //ELF文件的CPU平台属性，相关常量以EM\_开头  
Elf32\_Word e\_version; //ELF版本号，一般为1  
Elf32\_Addr e\_entry; //入口地址，规定ELF程序的入口虚拟地址。OS加载完程序后从这里开始执行进 程的指令  
Elf32\_Off e\_phoff;  
Elf32\_Off e\_shoff; //段表在文件中的偏移  
Elf32\_Word e\_flags; //ELF标志位，用来标识一些ELF文件平台相关的属性。  
Elf32\_Half e\_ehsize; //ELF文件头本身的大小  
Elf32\_Half e\_phentsize;  
Elf32\_Half e\_ehnum;  
Elf32\_Half e\_shentsize; //段表描述符的大小，一般等于sizeof(Elf32\_Shdr)  
Elf32\_Half e\_shnum; //段表描述符的数量。等于ELF文件中拥有的段的数量。这里为12  
Elf32\_Half e\_shstrndx; //段表字符串表所在的段的段表中的下标。  
\}Elf32\_Ehdr;  
发现ELF文件头结构跟前面的readelf输出的ELF文件头信息相比，很多都是一一对应的。其中Elf32\_eiden整个成员对应readelf输出结果中的Class Data Version OS/ABI和ABIversion。

**1、ELF魔数**  
最开始的４个字节是所有ＥＬＦ文件都必须相同的标识码，分别是０x7f、0x45、0x4c、0x46，第一个字节对应ASCII字符里面的DEL控制符，后３个字节刚好是ELF这３个字母的ASCII。这４个字节又被称为ELF文件的魔数，比如a.out格式最开始两个字节为0x01、0x07，PE最开始的两个字节是0x4d、0x5a，即ASCII字符的MZ。这种魔数用来确认文件的类型，OS在加载可执行文件时会确认魔数是否正确，如果不正确会拒绝加载。  
接下来的一个字节是用来标识ELF的文件类的，0x01表示32位的，0x02表示64位的；第6个字是字节序，规定该ELF文件是大端的还是小端的；第7个字节规定ELF文件的主版本号，一般是1；后面的9个字节ELF标准没有定义，一般写0，有些平台会使用这9个字节作为扩展标志。

**2、文件类型**  
e\_type成员表示ELF文件类型，即前面提到的3中ELF文件类型。系统通过这个常量判断ELF文件的类型，而不是通过扩展名。  
![这里写图片描述][70 1]

**3、机器类型**  
e\_machine成员表示该ELF文件的平台属性。比如3表示ELF文件只能在Intel x86机器下使用。  
![这里写图片描述][70 2]

**3.4.2 段表**  
段表用来保存这些段的基本属性的结构，描述各个段的信息。编译器、链接器和装载器都是依靠段表来定位和访问各个段的属性的。段表在ELF文件中的位置由ELF文件头中的e\_shoff成员决定。  
输入以下命令：$readelf -S SimpleSection.o  
readelf输出的结果就是ELF文件段表的内容。段表是一个以“Elf32\_Shdr”结构体为元素的数组。数组中元素的个数等于段的个数，每个“Elf32\_Shdr”结构体对应一个段。“Elf32\_Shdr”又称为段描述符。它被定义在“/usr/include/elf.h”  
Elf32\_Shdr段描述符的结构如下：  
![这里写图片描述][70 3]  
各个成员表示如下：  
![这里写图片描述][70 4]  
对照结构体和readelf -S的结果，可以看到该成员对应输出结果中从第二列“Name”开始的每一列。  
**1、段的类型**  
段的名字只有在链接和编译过程中才有意义，它不能真正表示段的类型。我们也可以将一个数据段命名为“.text”。对于编译器和链接器来说，主要决定段的属性的是段的类型（sh\_type）和段的标志位（sh\_flags）。段的类型相关常量以SHT\_开头。  
![这里写图片描述][70 5]  
![这里写图片描述][70 6]  
**2、段的标志位**  
表示该段在进程虚拟地址空间中的属性。比如是否可写，是否可执行等。相关常量以SHF\_开头。  
![这里写图片描述][70 7]  
**3、段的链接信息**  
如果段的类型是与链接相关的，比如重定位表、符号表等，那么sh\_link和sh\_info这两个成员所包含的意义如表所示。  
![这里写图片描述][70 8]

**3.4.3 重定位表**  
链接器在处理目标文件时，需要对目标文件中某些部位进行重定位。这些重定位的信息都记录在ELF文件的重定位表里面，对于每个需要重定位的代码段或数据段，都会有一个相应的重定位表。  
一个重定位表同时也是ELF的一个段，那么这个段的类型(sh\_type)就是“SHT\_REL”类型的，它的“sh\_link”表示符号表的下标，它的“sh\_info”表示它作用于哪个段。比如“.rel.text”作用于“.text”段，而“.text”段的下标为1，那么“.rel.text”的“sh\_info”为1。

**3.4.4 字符串表**  
ELF文件中用到很多字符串，由于长度不同，用固定的结构比较困难。常见的做法是把字符串集中起来存放到一个表，然后使用字符串在表中的偏移来引用字符串。  
如字符串表为：  
![这里写图片描述][70 9]  
那么偏移与它们对应的字符串如表所示：  
![这里写图片描述][70 10]  
一般字符串表在ELF文件中也以段的形式保存，常见的段名为”.shstrtab“和”.strtab“。这两个字符串分别表示段表字符串表和字符串表。字符串表用来保存普通的字符串，段表字符串表用来保存段表中用到的字符串，最常见的就是段名（sh\_name）。  
ELF文件头中的”e\_shstrtab“表示段表字符串表在段表中的下标。本例中是10  
![这里写图片描述][70 11]

[70]: /images/20220513/8c2f41abf4154872a3634f44299edd7a.png
[70 1]: /images/20220513/234d60196dcd456080ab3bf68dc1f231.png
[70 2]: /images/20220513/890c2c495d1f4d70abb8567d4e6b1ac2.png
[70 3]: /images/20220513/700e6c4a6b6148a586f42eef9e446320.png
[70 4]: /images/20220513/451f186a26284fcf99278c3fd8aa1752.png
[70 5]: /images/20220513/bc677b04121241aa9f5333b23e91b836.png
[70 6]: /images/20220513/e50305ff68754b8398882c990d9a58d4.png
[70 7]: /images/20220513/5ff713365f6343daaca1c95bf4c76bca.png
[70 8]: /images/20220513/7cdfdd23acce49db8070e5800c920a1f.png
[70 9]: /images/20220513/392d4075e32448cb9b7b083b64cdfc75.png
[70 10]: /images/20220513/8b2bba2fc75d4281aa7fcb45f9e4f201.png
[70 11]: /images/20220513/55a89b8931304c2daedcd52f3767fa35.png