程序运行之ELF文件结构

ELF目标文件格式的最前部是ELF文件头。包含了整个文件的基本属性。比如ELF文件版本，目标机器型号，程序入口地址等。然后是ELF的各个段，其中ELF文件中与段有关的重要结构就是段表。段表描述了ELF文件包含的所有段的信息，比如每个段的段名，段的长度，在文件中的偏移，读写权限及段的其他属性。

一文件头;

通过readelf命令来详细查看ELF文件的头信息：

root@zhf-maple:/home/zhf/c_prj#readelf-hmain.o

ELF头：

Magic：7f454c46020101000000000000000000

类别:ELF64

数据:2补码，小端序(littleendian)

版本:1(current)

OS/ABI:UNIX-SystemV

ABI版本:0

类型:REL(可重定位文件)

系统架构:AdvancedMicroDevicesX86-64

版本:0x1

入口点地址：0x0

程序头起点：0(bytesintofile)

Startofsectionheaders:1048(bytesintofile)

标志：0x0

本头的大小：64(字节)

程序头大小：0(字节)

Numberofprogramheaders:0

节头大小：64(字节)

节头数量：13

字符串表索引节头：12

我们将Elf32_Ehdr结构与readelf命令输出的信息对比可得如下对应关系：

下面我来逐步分析各个部分：

魔数：

Magic：7f454c46020101000000000000000000

7f、45、4c、46分别对应ascii码的Del(删除)、字母E、字母L、字母F。这四个字节被称为ELF文件的魔数，操作系统在加载可执行文件时会确认魔数是否正确，如果不正确则拒绝加载。
第五个字节标识ELF文件是32位（01）还是64位（02）的。
第六个字节标识该ELF文件字节序是小端（01）还是大端（02）的。
第七个字节指示ELF文件的版本号，一般是01。
后九个字节ELF标准未做定义。一般为00.

文件类型：

e_type成员标识文件类型，ELF文件有三种类型，如下表所示。

机器类型：

ELF文件格式被设计成可以在多个平台下使用，但并不表示同一个ELF文件可以在不同的平台下使用，而是表示不同平台下的ELF文件都遵循同一套ELF标准.e_machine成员就表示该ELF文件的平台属性。

二段表：

在ELF文件中有各种各样的段，段表就是保存这些段的基本属性的结构。它描述了ELF的各个段的信息，比如每个段的段名，段的长度，在文件中的偏移，读写权限及段的其他属性。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。前面使用objdump-h来显示各个段，但只是显示了关键的几个段。我们用readelf来输出段表的内容。段表是存在Elf32_Shdr中，它是一个结构体数组。各个成员的含义如下表：

我们用readelf-Smain.o来查看内容。

root@zhf-maple:/home/zhf/c_prj#readelf-Smain.o

共有13个节头，从偏移量0x418开始：

节头：

[号]名称类型地址偏移量

大小全体大小旗标链接信息对齐

[0]NULL000000000000000000000000

00000000000000000000000000000000000

[1].textPROGBITS000000000000000000000040

000000000000004c0000000000000000AX001

[2].rela.textRELA000000000000000000000320

00000000000000600000000000000018I1018

[3].dataPROGBITS00000000000000000000008c

00000000000000080000000000000000WA004

[4].bssNOBITS000000000000000000000094

00000000000000040000000000000000WA004

[5].rodataPROGBITS000000000000000000000094

00000000000000040000000000000000A001

[6].commentPROGBITS000000000000000000000098

00000000000000240000000000000001MS001

[7].note.GNU-stackPROGBITS0000000000000000000000bc

00000000000000000000000000000000001

[8].eh_framePROGBITS0000000000000000000000c0

00000000000000580000000000000000A008

[9].rela.eh_frameRELA000000000000000000000380

00000000000000300000000000000018I1088

[10].symtabSYMTAB000000000000000000000118

0000000000000198000000000000001811118

[11].strtabSTRTAB0000000000000000000002b0

000000000000006c0000000000000000001

[12].shstrtabSTRTAB0000000000000000000003b0

00000000000000610000000000000000001

KeytoFlags:

W(write),A(alloc),X(execute),M(merge),S(strings),I(info),

L(linkorder),O(extraOSprocessingrequired),G(group),T(TLS),

C(compressed),x(unknown),o(OSspecific),E(exclude),

l(large),p(processorspecific)

从上面的输出的第一行可以看到，段表从0x418开始，观察其他段的偏移量可以发现，段表位于所有段之后，就是文件的末尾，该ELF文件有12个段，每个段的大小也就是sizeof(Elf32_Shdr)的大小，为40字节，所以整个段表的大小就是12*40=480个字节，再加上之前的0x418，总共1048+480=1528个字节.

段的类型
上面输出的第三列就是段的类型，段的类型的相关常量如下表所示：

段的标志位
以上输出的flg一列指出了该段在进程虚拟空间中的属性。

段的链接信息

可重定位表：

链接器在处理目标文件时，须要对目标文件中某些部位进行重定位，即代码段和数据段中那些对绝对地址的引用的位置。这些重定位的信息都记录在ELF文件表里面，对于每个须要重定位的代码段和数据段，都会有一个相应的重定位表，例如.rel.text表对应.text段。也就是说，重定位表记录了须要被重定位的地址都在相应段的哪些地方。比如.rela.text就是针对.text段的重定位表，因为.text段中至少有一个绝对地址的引用，那就是对printf函数的调用。而.data没有对绝对地址的调用

字符串表：

ELF文件中用到了很多字符串。比如段名，变量名等。因为字符串的长度往往是不定的，所以用固定的结构来表示比较困难。常见的做法就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。

下图展示了一个长度为25字节的字符串表:

字符串引用示例:

常见的段名是.strtab（StringTable）或者是.shstrtab（SectionHeaderStringTable） }