目標(biāo)文件格式

前言：在講鏈接之前，我們先得說(shuō)說(shuō)痴怨，可重定位目標(biāo)文件格式和可執(zhí)行目標(biāo)文件格式

采用的是 ELF 標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制文件格式進(jìn)行說(shuō)明

可重定位目標(biāo)文件格式

整個(gè)文件格式如下：

• ELF 頭

#define EI_NIDENT 16

typedef struct {
        unsigned char   e_ident[EI_NIDENT];
        Elf32_Half      e_type;
        Elf32_Half      e_machine;
        Elf32_Word      e_version;
        Elf32_Addr      e_entry;
        Elf32_Off       e_phoff;
        Elf32_Off       e_shoff;
        Elf32_Word      e_flags;
        Elf32_Half      e_ehsize;
        Elf32_Half      e_phentsize;
        Elf32_Half      e_phnum;
        Elf32_Half      e_shentsize;
        Elf32_Half      e_shnum;
        Elf32_Half      e_shstrndx;
} Elf32_Ehdr;

一共 52 個(gè)字節(jié)屡穗。咋算的呢？Elf32_Half 開(kāi)頭的就是 16 位兩個(gè)字節(jié)

也就是：

16 + 2 + 2 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 6 * 2 = 52

每個(gè)的作用如下

每種可執(zhí)行文件的格式的開(kāi)頭幾個(gè)字節(jié)都是很特殊的，特別是開(kāi)頭 4 個(gè)字節(jié)墓懂，通常被稱(chēng)為魔數(shù)（Magic Number）焰宣。通過(guò)對(duì)魔數(shù)的判斷可以確定文件的格式和類(lèi)型。如：ELF 的可執(zhí)行文件格式的頭 4 個(gè)字節(jié)為0x7F拒贱、e宛徊、l、f逻澳；Java的可執(zhí)行文件格式的頭 4 個(gè)字節(jié)為c闸天、a、f斜做、e苞氮；如果被執(zhí)行的是 Shell 腳本或 perl、python 等解釋型語(yǔ)言的腳本瓤逼，那么它的第一行往往是 #!/bin/sh 或 #!/usr/bin/perl 或 #!/usr/bin/python笼吟，此時(shí)前兩個(gè)字節(jié) # 和 ! 就構(gòu)成了魔數(shù)，系統(tǒng)一旦判斷到這兩個(gè)字節(jié)霸旗，就對(duì)后面的字符串進(jìn)行解析贷帮，以確定具體的解釋程序路徑。

假設(shè)你有這樣一個(gè) main.o 的文件诱告，可以用 readelf 看它的 ELF 頭

readelf -h main.o

• 節(jié)

節(jié)是 ELF 文件中的主體信息撵枢，包含了鏈接過(guò)程中所用的目標(biāo)代碼信息，包括指令、數(shù)據(jù)锄禽、符號(hào)表和重定位信息潜必。

• 節(jié)頭表

typedef struct
{
  Elf32_Word sh_name; /* Section name (string tbl index) */
  Elf32_Word sh_type; /* Section type */
  Elf32_Word sh_flags; /* Section flags */
  Elf32_Addr sh_addr; /* Section virtual addr at execution */
  Elf32_Off sh_offset; /* Section file offset */
  Elf32_Word sh_size; /* Section size in bytes */
  Elf32_Word shdebugging sym_link; /* Link to another section */
  Elf32_Word sh_info; /* Additional section information */
  Elf32_Word sh_addralign; /* Section alignment */
  Elf32_Word sh_entsize; /* Entry size if section holds table */
} Elf32_Shdr;

大小 40B = 4 × 10B掂名。

命令：readelf -S main.o

可執(zhí)行目標(biāo)文件格式

鏈接器將相互關(guān)聯(lián)的可重定位目標(biāo)文件中的相同代碼和數(shù)據(jù)節(jié)（.text 節(jié)，.rodata 節(jié)哟沫，.data 節(jié)饺蔑，.bss 節(jié)）合并。因?yàn)楹喜⒑笫染鳎械奶摷俚刂范寄鼙挥?jì)算出來(lái)猾警。也就能算出每個(gè)符號(hào)的地址。

可執(zhí)行目標(biāo)文件格式包括：

• ELF 頭
• 程序頭表
• 節(jié)頭表

與可重定義目標(biāo)文件格式類(lèi)似发皿，主要不同點(diǎn)有：

• ELF 頭中 e_entry 不再是 0。而是執(zhí)行代碼的第一條指令的地址
• 多了 .init 節(jié)和 .fini 節(jié)拂蝎，其中 .init 節(jié)中定義了一個(gè) _init 函數(shù)穴墅，用于可執(zhí)行目標(biāo)文件執(zhí)行時(shí)初始化工作。.fini 包含進(jìn)程終止時(shí)要執(zhí)行的指令代碼
• 少了 .rel.text 和 .rel.data 節(jié)等重定位信息節(jié)温自。
• 多了一個(gè)程序頭表也叫作段頭表

整個(gè)文件有兩個(gè)重要的段

• 只讀代碼段：（ELF 頭 + 程序頭表 + .init .fini 節(jié) + .text 節(jié) + .rodata 節(jié) ）
• 可讀寫(xiě)數(shù)據(jù)段：（.data 節(jié) + .bss 節(jié)）玄货，由于在執(zhí)行文件時(shí)這兩個(gè)段必須分配空間所以又可以叫做 可裝入段

下面隆重介紹程序頭表：

為了在可執(zhí)行文件執(zhí)行時(shí)能夠訪在內(nèi)存中訪問(wèn)到代碼和數(shù)據(jù)，必須將可執(zhí)行文件中這些連續(xù)的悼泌，具有相同訪問(wèn)屬性的代碼和數(shù)據(jù)段映射到存儲(chǔ)空間（通常是虛擬地址）松捉。程序頭表就用于描述這種映射關(guān)系，一個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)段或特殊節(jié)馆里。

typedef struct {
        Elf32_Word      p_type;
        Elf32_Off       p_offset;
        Elf32_Addr      p_vaddr;
        Elf32_Addr      p_paddr;
        Elf32_Word      p_filesz;
        Elf32_Word      p_memsz;
        Elf32_Word      p_flags;
        Elf32_Word      p_align;
} Elf32_Phdr;

輸入 readelf -l main

程序頭：
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  PHDR           0x000034 0x00000034 0x00000034 0x00120 0x00120 R   0x4
  INTERP         0x000154 0x00000154 0x00000154 0x00013 0x00013 R   0x1
      [Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.2]
  LOAD           0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00730 0x00730 R E 0x1000
  LOAD           0x000edc 0x00001edc 0x00001edc 0x0012c 0x00130 RW  0x1000
  DYNAMIC        0x000ee4 0x00001ee4 0x00001ee4 0x000f8 0x000f8 RW  0x4
  NOTE           0x000168 0x00000168 0x00000168 0x00044 0x00044 R   0x4
  GNU_EH_FRAME   0x0005d0 0x000005d0 0x000005d0 0x00044 0x00044 R   0x4
  GNU_STACK      0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00000 0x00000 RW  0x10
  GNU_RELRO      0x000edc 0x00001edc 0x00001edc 0x00124 0x00124 R   0x1

這里只是大概介紹了一些知識(shí)掉盅，具體怎么運(yùn)用要看接下來(lái)的文章。