Linux下面，目標(biāo)文件、共享對(duì)象文件、可執(zhí)行文件都是使用ELF文件格式來(lái)存儲(chǔ)的。程序經(jīng)過(guò)編譯之后會(huì)輸出目標(biāo)文件，然后經(jīng)過(guò)鏈接可以產(chǎn)生可執(zhí)行文件或者共享對(duì)象文件。linux下面使用的ELF文件和Windows操作系統(tǒng)使用的PE文件都是從Unix系統(tǒng)的COFF文件格式演化來(lái)的。?

我們先來(lái)了解一些基本的想法。

首先，最重要的思路是一個(gè)程序從人能讀懂的格式轉(zhuǎn)換為供操作系統(tǒng)執(zhí)行的二進(jìn)制格式之后，代碼和數(shù)據(jù)是分開(kāi)存放的，之所以這樣設(shè)計(jì)有這么幾個(gè)原因：

1、程序執(zhí)行之后，代碼和數(shù)據(jù)可以被映射到不同屬性的虛擬內(nèi)存中。因?yàn)榇a一般是只讀的，而數(shù)據(jù)是可讀可寫的；

2、現(xiàn)代CPU有強(qiáng)大的緩存體系。程序和代碼分離可以提高程序的局部性，增加緩存命中的概率；

3、還有最重要的一個(gè)原因是當(dāng)有多個(gè)程序副本在運(yùn)行的時(shí)候，只讀部分可以只在內(nèi)存中保留一份，這樣大大節(jié)省了內(nèi)存。

在ELF的定義中，把他們分開(kāi)存放的地方稱為一個(gè) Section ，就是一個(gè)段。

一個(gè)ELF文件中重要的段包括：

.text 段：存儲(chǔ) 只讀程序

.data 段：存儲(chǔ) 已經(jīng)初始化的全局變量和靜態(tài)變量

.bss 段：存儲(chǔ) 未初始化的全局變量和靜態(tài)變量，因?yàn)檫@些變量的值為0，所以這個(gè)段在文件當(dāng)中不占據(jù)空間

.rodata 段：存儲(chǔ) 只讀數(shù)據(jù)，比如字符串常量

我們用一個(gè)例子來(lái)看一下ELF文件的格式到底是什么。首先，在Linux下編寫一個(gè)C程序：SimpleSection.c

[cpp]?view plain?copy

int?printf(const?char?*format,?...?);??

int?global_init_var?=?16;??

int?global_unint_var;??

void?func1?(int?);??

int?main()??

{??

static?int?static_var?=?-32;??

static?int?static_var_uninit;??

int?a?=?1;??

int?b;??

func1(static_var?+?global_init_var?+?a?+?b);??

return?a;??

}??

void?func1?(int?i)??

{??

printf("%d\n",?i);??

}??

然后，產(chǎn)生目標(biāo)文件：

[cpp]?view plain?copy

[root@xuxingwang-centos?Program]#?gcc?-c?SimpleSection.c??

[root@xuxingwang-centos?Program]#?file?SimpleSection.o??

SimpleSection.o:?ELF?32-bit?LSB?relocatable,?Intel?80386,?version?1?(SYSV),?not?stripped??

file命令的結(jié)果也告訴我們，這是一個(gè)32位ELF的文件，類型是 relocatable ，就是可重定位。所以目標(biāo)文件又叫做可重定位文件。

elf文件的最開(kāi)始是elf文件頭信息，32位有52個(gè)字節(jié)組成。我們可以使用 readelf 工具來(lái)查看一下：

[cpp]?view plain?copy

[root@xuxingwang-centos?Program]#?readelf?-h?SimpleSection.o??

ELF?Header:??

Magic:???7f?45?4c?46?01?01?01?00?00?00?00?00?00?00?00?00??

Class:?????????????????????????????ELF32??

Data:??????????????????????????????2's?complement,?little?endian??

Version:???????????????????????????1?(current)??

OS/ABI:????????????????????????????UNIX?-?System?V??

ABI?Version:???????????????????????0??

Type:??????????????????????????????REL?(Relocatable?file)??

Machine:???????????????????????????Intel?80386??

Version:???????????????????????????0x1??

Entry?point?address:???????????????0x0??

Start?of?program?headers:??????????0?(bytes?into?file)??

Start?of?section?headers:??????????224?(bytes?into?file)??

Flags:?????????????????????????????0x0??

Size?of?this?header:???????????????52?(bytes)??

Size?of?program?headers:???????????0?(bytes)??

Number?of?program?headers:?????????0??

Size?of?section?headers:???????????40?(bytes)??

Number?of?section?headers:?????????11??

Section?header?string?table?index:?8??

Entry point address 指的是程序入口地址，如果是可執(zhí)行文件，這個(gè)字段會(huì)有值；

他之前的字段是一些說(shuō)明字段；

Start of program headers 指的是 程序頭表 的起始位置。程序頭表 是從裝載視圖的角度對(duì)elf的各個(gè)段進(jìn)行的分類信息；結(jié)構(gòu)和段表相似；

Start of section headers 指出了elf除文件頭以外的最重要的信息：段表 的起始位置。段表包含了各個(gè)段的名稱、屬性、大小、位置等重要信息。操作系統(tǒng)首先找到段表，然后根據(jù)段表的信息去找到各個(gè)段。段表是一個(gè)類似數(shù)組的結(jié)構(gòu)，一個(gè)段的信息是這個(gè)數(shù)組的一個(gè)元素。

Size of this header 指的是頭文件大小，32位都是 52 個(gè)字節(jié)，0x34個(gè)字節(jié)。

Size of program headers 指的是每個(gè) 程序頭表 的大小。

Number of program headers 指的是 程序頭表 的數(shù)目。

Size of sections headers 指的是每個(gè) 段表 的大小；

Number of section headers 指的是 段表的數(shù)量；

Section header string table index 指出了段表當(dāng)中用到的字符串表在段表中的下標(biāo)。

文件頭之后，緊跟著的是 程序頭，因?yàn)槟繕?biāo)文件沒(méi)有鏈接，所以沒(méi)有裝載信息。我們這里可以先不理會(huì)這個(gè)東西，以后專門再說(shuō)他。

程序頭之后就是各個(gè)段的數(shù)據(jù)，我們用工具查看一下：

[cpp]?view plain?copy

[root@xuxingwang-centos?Program]#?readelf?-S?SimpleSection.o??

There?are?11?section?headers,?starting?at?offset?0xe0:??

Section?Headers:??

[Nr]?Name??????????????Type????????????Addr?????Off????Size???ES?Flg?Lk?Inf?Al??

[?0]???????????????????NULL????????????00000000?000000?000000?00??????0???0??0??

[?1]?.text?????????????PROGBITS????????00000000?000034?000020?00??AX??0???0??4??

[?2]?.rel.text?????????REL?????????????00000000?0003f4?000010?08??????9???1??4??

[?3]?.data?????????????PROGBITS????????00000000?000054?000008?00??WA??0???0??4??

[?4]?.bss??????????????NOBITS??????????00000000?00005c?000004?00??WA??0???0??4??

[?5]?.rodata???????????PROGBITS????????00000000?00005c?000004?00???A??0???0??1??

[?6]?.comment??????????PROGBITS????????00000000?000060?00002d?01??MS??0???0??1??

[?7]?.note.GNU-stack???PROGBITS????????00000000?00008d?000000?00??????0???0??1??

[?8]?.shstrtab?????????STRTAB??????????00000000?00008d?000051?00??????0???0??1??

[?9]?.symtab???????????SYMTAB??????????00000000?000298?0000f0?10?????10??10??4??

[10]?.strtab???????????STRTAB??????????00000000?000388?00006b?00??????0???0??1??

Key?to?Flags:??

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

I?(info),?L?(link?order),?G?(group),?x?(unknown)??

O?(extra?OS?processing?required)?o?(OS?specific),?p?(processor?specific)??

各個(gè)字段意思依次是：段序號(hào)、段名稱、段類型、段虛擬地址、偏移量、大小、ES、標(biāo)志、Lk、Inf、對(duì)齊。

沒(méi)有解釋的列可以先不考慮，我們先關(guān)注其他幾個(gè)列。

第0個(gè)段是為了讀取的時(shí)候下標(biāo)不用減1。

緊跟著的就是代碼段，偏移量為0x34，就是說(shuō)在文件頭結(jié)尾之后馬上就是代碼段；

代碼段之后，偏移量 0x54 的地方就是 數(shù)據(jù)段，占8個(gè)字節(jié)，就是程序中已經(jīng)被賦值的一個(gè)全局變量和一個(gè)靜態(tài)變量；

緊接著是.bss段，這里只存儲(chǔ)了一個(gè)static變量，因?yàn)?未初始化的那個(gè)全局變量被一種優(yōu)化機(jī)制存儲(chǔ)到了 .common 段，這里可以不做理會(huì)；

然后是只讀數(shù)據(jù)段.rodata，這里存儲(chǔ)的是 printf 里面的 %d\n 這三個(gè)字符，外加結(jié)束符\0，總共4個(gè)字節(jié)的空間

我們根據(jù)Size這一列來(lái)算一下這些段總共占據(jù)的空間，（.bss由于不占空間，不用算進(jìn)來(lái)）：

.text 0x20

.data 0x8

.rodata 0x4

.comment 0x2d

.shstrtab 0x51

.rel.text 0x10

.symtab 0xf0

.strtab 0x6b

這里的每一個(gè)段都有一個(gè)段表元素來(lái)描述，總共11個(gè)。從頭文件得知，每個(gè)元素的大小為40字節(jié)。也就是說(shuō)段表總共占了 0x1b8 個(gè)字節(jié)的空間。而且段表的開(kāi)始地址由于內(nèi)存對(duì)齊需要，中間空了2個(gè)字節(jié)。因?yàn)槎伪淼拈_(kāi)始地址是第224個(gè)字節(jié)；

.rel.text 的開(kāi)始地址也由于內(nèi)存對(duì)齊的要求，補(bǔ)了一個(gè)空字節(jié)。

在加上頭文件的 0x34 個(gè)字節(jié)，總共加起來(lái)是 ? 1028 字節(jié)。

[cpp]?view plain?copy

[root@xuxingwang-centos?Program]#?ls?-al?SimpleSection.o??

-rw-r--r--?1?root?root?1028?Aug?21?16:09?SimpleSection.o??

這個(gè)目標(biāo)文件的大小恰好是1028個(gè)字節(jié)。

?