目標文件既要參與程序連接又要參與程序執行。 出於方便性和效率考慮, 目標文件格式提供了兩種並行視圖,分別反映了這些活動的不一樣需求。linux
注意:儘管圖中顯示的各個組成部分是有順序的,實際上除了 ELF 頭部表之外,其餘節區和段都沒有規定的順序。數組
文件的最開始幾個字節給出如何解釋文件的提示信息。 這些信息獨立於處理器, 也獨立於文件中的其他內容。bash
仍是對 hello.c 這段代碼進行分析,對編譯出來的 a.out 文件執行命令:readelf -h a.out數據結構
段由若干個節(Section)構成,節頭表對每個節的信息有相關描述。對可執行程序而言,節頭表是可選的。 ELF 頭部是一個關於本文件的路線圖(road map),從整體上描述文件的結構。下面是ELF頭部的數據結構:編輯器
1 typedef struct 2 { 3 unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; /* 魔數和相關信息 */ 4 Elf32_Half e_type; /* 目標文件類型 */ 5 Elf32_Half e_machine; /* 硬件體系 */ 6 Elf32_Word e_version; /* 目標文件版本 */ 7 Elf32_Addr e_entry; /* 程序進入點 */ 8 Elf32_Off e_phoff; /* 程序頭部偏移量 */ 9 Elf32_Off e_shoff; /* 節頭部偏移量 */ 10 Elf32_Word e_flags; /* 處理器特定標誌 */ 11 Elf32_Half e_ehsize; /* ELF頭部長度 */ 12 Elf32_Half e_phentsize; /* 程序頭部中一個條目的長度 */ 13 Elf32_Half e_phnum; /* 程序頭部條目個數 */ 14 Elf32_Half e_shentsize; /* 節頭部中一個條目的長度 */ 15 Elf32_Half e_shnum; /* 節頭部條目個數 */ 16 Elf32_Half e_shstrndx; /* 節頭部字符表索引 */ 17 } Elf32_Ehdr;
名稱ide |
取值函數 |
含義ui |
EM_NONEthis |
0編碼 |
未指定 |
EM_M32 |
1 |
AT&T WE 32100 |
EM_SPARC |
2 |
SPARC |
EM_386 |
3 |
Intel 80386 |
EM_68K |
4 |
Motorola 68000 |
EM_88K |
5 |
Motorola 88000 |
EM_860 |
7 |
Intel 80860 |
EM_MIPS |
8 |
MIPS RS3000 |
其它值都是保留的。特定處理器的 ELF 名稱會使用機器名來進行區分。 |
名稱 |
取值 |
含義 |
EV_NONE |
0 |
非法版本 |
EV_CURRENT |
1 |
當前版本 |
ELF 頭部中大多數字段都是對子頭部數據的描述,其意義相對比較簡單。值得注意的是某些病毒可能修改字段 e_entry(程序進入點)的值,以指向病毒代碼。
緊接ELF頭部的是程序頭表。執行命令:readelf -l a.out
程序頭是一個結構數組,包含了 ELF 頭表中字段 e_phnum 定義的條目,此結構描述一個段或其餘系統準備執行該程序所須要的信息。
結構體位於:/usr/include/elf.h
1 typedef struct { 2 Elf32_Word p_type; /* 段類型 */ 3 Elf32_Off p_offset; /* 段位置相對於文件開始處的偏移量 */ 4 Elf32_Addr p_vaddr; /* 段在內存中的地址 */ 5 Elf32_Addr p_paddr; /* 段的物理地址 */ 6 Elf32_Word p_filesz; /* 段在文件中的長度 */ 7 Elf32_Word p_memsz; /* 段在內存中的長度 */ 8 Elf32_Word p_flags; /* 段的標記 */ 9 Elf32_Word p_align; /* 段在內存中對齊標記 */ 10 } Elf32_Phdr;
對一個ELF可執行程序而言,一個基本的段是標記 p_type 爲 PT_INTERP 的段,它代表了運行此程序所須要的程序解釋器(/lib/ld-linux.so.2),實際上也就是動態鏈接器(dynamic linker)。
不少節區中包含了程序和控制信息。 下面的表中給出了系統使用的節區, 以及它們的類型和屬性。
名稱 |
類型 |
屬性 |
含義 |
.bss |
SHT_NOBITS |
SHF_ALLOC +SHF_WRITE |
包含將出如今程序的內存映像中的爲初始化數據。根據定義,當程序開始執行,系統將把這些數據初始化爲 0。 此節區不佔用文件空間。 |
.comment |
SHT_PROGBITS |
(無) |
包含版本控制信息。 |
.data |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_WRITE |
這些節區包含初始化了的數據,將出如今程序的內存映像中。 |
.data1 |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_WRITE |
|
.debug |
SHT_PROGBITS |
(無) |
此節區包含用於符號調試的信息。 |
.dynamic |
SHT_DYNAMIC |
此節區包含動態連接信息。節區的屬性將包含 SHF_ALLOC 位。是否 SHF_WRITE 位被設置取決於處理器。 |
|
.dynstr |
SHT_STRTAB |
SHF_ALLOC |
此節區包含用於動態連接的字符串,大多數狀況下這些字符串表明了與符號表項相關的名稱。 |
.dynsym |
SHT_DYNSYM |
SHF_ALLOC |
此節區包含了動態連接符號表。 |
.fini |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_EXECINSTR |
此節區包含了可執行的指令,是進程終止代碼的一部分。程序正常退出時,系統將安排執行這裏的代碼。 |
.got |
SHT_PROGBITS |
此節區包含全局偏移表。 |
|
.hash |
SHT_HASH |
SHF_ALLOC |
此節區包含了一個符號哈希表。 |
.init |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_EXECINSTR |
此節區包含了可執行指令,是進程初始化代碼的一部分。當程序開始執行時,系統要在開始調用主程序入口以前(一般指 C 語言的 main 函數)執行這些代碼。 |
.interp |
SHT_PROGBITS |
此節區包含程序解釋器的路徑名。若是程序包含一個可加載的段,段中包含此節區,那麼節區的屬性將包含 SHF_ALLOC 位,不然該位爲 0。 |
|
.line |
SHT_PROGBITS |
(無) |
此節區包含符號調試的行號信息,其中描述了源程序與機器指令之間的對應關係。其內容是未定義的。 |
.note |
SHT_NOTE |
(無) |
此節區中包含註釋信息,有獨立的格式。 |
.plt |
SHT_PROGBITS |
此節區包含過程連接表( procedure linkage table)。 |
|
.relname |
SHT_REL |
這些節區中包含了重定位信息。若是文件中包含可加載的段,段中有重定位內容,節區的屬性將包含 SHF_ALLOC 位,不然該位置 0。傳統上 name 根據重定位所適用的節區給定。 例如 .text 節區的重定位節區名字將是: .rel.text 或者 .rela.text。 |
|
.relaname |
SHT_RELA |
||
.rodata |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC |
這些節區包含只讀數據, 這些數據一般參與進程映像的不可寫段。 |
.rodata1 |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC |
|
.shstrtab |
SHT_STRTAB |
此節區包含節區名稱。 |
|
.strtab |
SHT_STRTAB |
此節區包含字符串, 一般是表明與符號表項相關的名稱。若是文件擁有一個可加載的段,段中包含符號串表, 節區的屬性將包含 SHF_ALLOC 位,不然該位爲 0。 |
|
.symtab |
SHT_SYMTAB |
此節區包含一個符號表。若是文件中包含一個可加載的段,而且該段中包含符號表,那麼節區的屬性中包含SHF_ALLOC 位,不然該位置爲 0。 |
|
.text |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_EXECINSTR |
此節區包含程序的可執行指令。 |
執行命令 readelf -S a.out 能夠查看到節表頭,這裏面保存了 ELF 文件中的各類各樣的節。節表是 ELF 文件中除了文件頭之外最重要的結構,它描述了 ELF 各個 節 的信息,好比每一個節的節名、節的長度、在文件中的偏移、讀寫權限及節的其餘屬性。即 ELF 文件的節結構就是由節表來決定的,編譯器、連接器和裝載器都是依靠節表來定位和訪問各個節的屬性的。節表在 ELF 文件中的位置由 ELF 文件頭的"e_shoff"成員決定。
1 There are 31 section headers, starting at offset 0x19d8: 2 3 Section Headers: 4 [Nr] Name Type Address Offset Size EntSize Flags Link Info Align 5 [ 0] NULL 0000000000000000 00000000 0000000000000000 0000000000000000 0 0 0 6 [ 1] .interp PROGBITS 0000000000400238 00000238 000000000000001c 0000000000000000 A 0 0 1 7 [ 2] .note.ABI-tag NOTE 0000000000400254 00000254 0000000000000020 0000000000000000 A 0 0 4 8 [ 3] .note.gnu.build-i NOTE 0000000000400274 00000274 0000000000000024 0000000000000000 A 0 0 4 9 [ 4] .gnu.hash GNU_HASH 0000000000400298 00000298 000000000000001c 0000000000000000 A 5 0 8 10 [ 5] .dynsym DYNSYM 00000000004002b8 000002b8 0000000000000060 0000000000000018 A 6 1 8 11 [ 6] .dynstr STRTAB 0000000000400318 00000318 000000000000003d 0000000000000000 A 0 0 1 12 [ 7] .gnu.version VERSYM 0000000000400356 00000356 0000000000000008 0000000000000002 A 5 0 2 13 [ 8] .gnu.version_r VERNEED 0000000000400360 00000360 0000000000000020 0000000000000000 A 6 1 8 14 [ 9] .rela.dyn RELA 0000000000400380 00000380 0000000000000018 0000000000000018 A 5 0 8 15 [10] .rela.plt RELA 0000000000400398 00000398 0000000000000030 0000000000000018 AI 5 24 8 16 [11] .init PROGBITS 00000000004003c8 000003c8 000000000000001a 0000000000000000 AX 0 0 4 17 [12] .plt PROGBITS 00000000004003f0 000003f0 0000000000000030 0000000000000010 AX 0 0 16 18 [13] .plt.got PROGBITS 0000000000400420 00000420 0000000000000008 0000000000000000 AX 0 0 8 19 [14] .text PROGBITS 0000000000400430 00000430 0000000000000192 0000000000000000 AX 0 0 16 20 [15] .fini PROGBITS 00000000004005c4 000005c4 0000000000000009 0000000000000000 AX 0 0 4 21 [16] .rodata PROGBITS 00000000004005d0 000005d0 0000000000000011 0000000000000000 A 0 0 4 22 [17] .eh_frame_hdr PROGBITS 00000000004005e4 000005e4 0000000000000034 0000000000000000 A 0 0 4 23 [18] .eh_frame PROGBITS 0000000000400618 00000618 00000000000000f4 0000000000000000 A 0 0 8 24 [19] .init_array INIT_ARRAY 0000000000600e10 00000e10 0000000000000008 0000000000000000 WA 0 0 8 25 [20] .fini_array FINI_ARRAY 0000000000600e18 00000e18 0000000000000008 0000000000000000 WA 0 0 8 26 [21] .jcr PROGBITS 0000000000600e20 00000e20 0000000000000008 0000000000000000 WA 0 0 8 27 [22] .dynamic DYNAMIC 0000000000600e28 00000e28 00000000000001d0 0000000000000010 WA 6 0 8 28 [23] .got PROGBITS 0000000000600ff8 00000ff8 0000000000000008 0000000000000008 WA 0 0 8 29 [24] .got.plt PROGBITS 0000000000601000 00001000 0000000000000028 0000000000000008 WA 0 0 8 30 [25] .data PROGBITS 0000000000601028 00001028 0000000000000010 0000000000000000 WA 0 0 8 31 [26] .bss NOBITS 0000000000601038 00001038 0000000000000008 0000000000000000 WA 0 0 1 32 [27] .comment PROGBITS 0000000000000000 00001038 0000000000000035 0000000000000001 MS 0 0 1 33 [28] .shstrtab STRTAB 0000000000000000 000018cc 000000000000010c 0000000000000000 0 0 1 34 [29] .symtab SYMTAB 0000000000000000 00001070 0000000000000648 0000000000000018 30 47 8 35 [30] .strtab STRTAB 0000000000000000 000016b8 0000000000000214 0000000000000000 0 0 1 36 Key to Flags: 37 W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), l (large) 38 I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown) 39 O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)
除了使用 readelf 能夠查看節的詳細信息外,也可使用 objdump 來查看 ELF 文件中節,只不過 objdump 只列出 ELF 文件中關鍵的節,省略了其餘輔助節。以下:
ELF 頭部中, e_shoff 成員給出從文件頭到節區頭部表格的偏移字節數; e_shnum 給出表格中條目數目; e_shentsize 給出每一個項目的字節數。 從這些信息中能夠確切地定位節區的具體位置、長度。
節區頭部表格中比較特殊的幾個下標以下:
名稱 |
取值 |
說明 |
SHN_UNDEF |
0 |
標記未定義的、缺失的、不相關的,或者沒有含義的節區引用 |
SHN_LORESERVE |
OXFF00 |
保留索引的下界 |
SHN_LOPROC |
0XFF00 |
|
SHN_HIPROC |
0XFF1F |
保留給處理器特殊的語義 |
SHN_ABS |
OXFFF1 |
包含對應引用量的絕對取值。這些值不會被重定位所影響 |
SHN_COMMON |
OXFFF2 |
相對於此節區定義的符號是公共符號。如 FORTRAN 中 COMMON 或者未分配的 C 外部變量。 |
SHN_HIRESERVE |
0XFFFF |
保留索引的上界 |
介於 SHN_LORESERVE 和 SHN_HIRESERVE 之間的表項不會出如今節區頭部表中。
節頭表結構體在 /usr/include/elf.h 中,結構以下:
1 typedef struct elf32_shdr { 2 ELF32_Word sh_name; /* 節名 */ 3 ELF32_Word sh_type; /* 節的類型 */ 4 ELF32_Word sh_flags; /* 節的標誌位 */ 5 ELF32_Addr sh_addr; /* 節的虛擬地址 */ 6 ELF32_Off sh_offset; /* 節偏移 */ 7 ELF32_Word sh_size; /* 節的長度 */ 8 ELF32_Word sh_link; /* 節鏈接信息 */ 9 ELF32_Word sh_info; /* 節鏈接信息 */ 10 ELF32_Word sh_addralign; /* 節地址對齊 */ 11 ELF32_Word sh_entsize; /* 項的長度 */ 12 } ELF32_Shdr;
名稱 |
取值 |
說明 |
SHT_NULL |
0 |
此值標誌節區頭部是非活動的,沒有對應的節區。此節區頭部中的其餘成員取值無心義。 |
SHT_PROGBITS |
1 |
此節區包含程序定義的信息,其格式和含義都由程序來解釋。 |
SHT_SYMTAB |
2 |
此節區包含一個符號表。目前目標文件對每種類型的節區都只能包含一個,不過這個限制未來可能發生變化。通常, SHT_SYMTAB 節區提供用於連接編輯(指 ld 而言)的符號,儘管也可用來實現動態連接。 |
SHT_STRTAB |
3 |
此節區包含字符串表。目標文件可能包含多個字符串表節區。 |
SHT_RELA |
4 |
此節區包含重定位表項, 其中可能會有補齊內容( addend),例如 32 位目標文件中的 Elf32_Rela 類型。目標文件可能擁有多個重定位節區。 |
SHT_HASH |
5 |
此節區包含符號哈希表。全部參與動態連接的目標都必須包含一個符號哈希表。目前,一個目標文件只能包含一個哈希表,不過此限制未來可能會解除。 |
SHT_DYNAMIC |
6 |
此節區包含動態連接的信息。目前一個目標文件中只能包含一個動態節區,未來可能會取消這一限制。 |
SHT_NOTE |
7 |
此節區包含以某種方式來標記文件的信息。 |
SHT_NOBITS |
8 |
這種類型的節區不佔用文件中的空間,其餘方面和 SHT_PROGBITS 類似。 儘管此節區不包含任何字節, 成員 sh_offset 中仍是會包含概念性的文件偏移 |
SHT_REL |
9 |
此節區包含重定位表項, 其中沒有補齊( addends),例如 32 位目標文件中的 Elf32_rel 類型。目標文件中能夠擁有多個重定位節區。 |
SHT_SHLIB |
10 |
此節區被保留,不過其語義是未規定的。包含此類型節區的程序與 ABI 不兼容。 |
SHT_DYNSYM |
11 |
做爲一個完整的符號表,它可能包含不少對動態連接而言沒必要要的符號。所以,目標文件也能夠包含一個 SHT_DYNSYM 節區,其中保存動態連接符號的一個最小集合,以節省空間。 |
SHT_LOPROC |
0X70000000 |
這一段(包括兩個邊界),是保留給處理器專用語義的。 |
SHT_HIPROC |
OX7FFFFFFF |
|
SHT_LOUSER |
0X80000000 |
此值給出保留給應用程序的索引下界。 |
SHT_HIUSER |
0X8FFFFFFF |
此值給出保留給應用程序的索引上界。 |
其它的節區類型是保留的。 |
Name |
sh_type |
sh_flag |
.bss |
SHT_NOBITS |
SHF_ALLOC + SHF_WRITE |
.comment |
SHT_PROGBITS |
none |
.data |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_WRITE |
.data1 |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC + SHF_WRITE |
.debug |
SHT_PROGBITS |
none |
.dynamic |
SHT_DYNAMIC |
SHF_ALLOC + SHF_WRITE 在有些系統下 .dynamic 節多是隻讀的,因此沒有 SHF_WRITE 標誌位 |
.hash |
SHT_HASH |
SHF_ALLOC |
.line |
SHT_PROGBITS |
none |
.note |
SHT_NOTE |
none |
.rodata |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC |
.rodata1 |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC |
.shstrtab |
SHT_STRTAB |
none |
.strtab |
SHT_STRTAB |
若是該 ELF 文件中有可裝載的段須要用到該字符串表,那麼該字符串表也將被裝載到進程空間,則有 SHF_ALLOC 標誌位 |
.symtab |
SHT_SYMTAB |
同字符串表 |
.text |
SHT_PROGBITS |
SHF_ALLOC |
sh_type |
sh_link |
sh_info |
SHT_DYNAMIC |
該節所用的字符串表在節表中的下標 |
0 |
SHT_HASH |
該節所使用的符號表在節表中的下標 |
0 |
SHT_REL |
該節所使用的相應符號表在節表中的下標 |
該重定位表所做用的節在節表中的下標 |
SHT_RELA |
||
SHT_SYMTAB |
操做系統相關的 |
操做系統相關的 |
SHT_DNYSYM |
||
other |
SHN_UNDEF |
0 |
索引爲零(SHN_UNDEF)的節區頭部也是存在的,儘管此索引標記的是未定義的節區引用。這個節區的內容固定以下(SHN_UNDEF(0)節區的內容):
字段名稱 |
取值 |
說明 |
sh_name |
0 |
無名稱 |
sh_type |
SHT_NULL |
非活動 |
sh_flags |
0 |
無標誌 |
sh_addr |
0 |
無地址 |
sh_offset |
0 |
無文件偏移 |
sh_size |
0 |
無尺寸大小 |
sh_link |
SHN_UNDEF |
無連接信息 |
sh_info |
0 |
無輔助信息 |
sh_addralign |
0 |
無對齊要求 |
sh_entsize |
0 |
無表項 |
當前的映射以下:
ELF 格式能夠比 COFF 格式包含更多的調試信息。在 I386 平臺 LINUX 系統下,用命令 file 查看一個 ELF 可執行程序的可能輸出是:a.out: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.2.5, dynamically linked (uses shared libs), not stripped。