做数据新闻的网站有哪些方面,国家承认的26种证书,六安市网站建设,北京市建设工程审核在哪个网站ELF文件详解—初步认识
转自#xff1a;https://blog.csdn.net/daide2012/article/details/73065204 一、 引言 在讲解ELF文件格式之前#xff0c;我们来回顾一下#xff0c;一个用C语言编写的高级语言程序是从编写到打包、再到编译执行的基本过程#xff0c;我们知道在C…ELF文件详解—初步认识
转自https://blog.csdn.net/daide2012/article/details/73065204 一、 引言 在讲解ELF文件格式之前我们来回顾一下一个用C语言编写的高级语言程序是从编写到打包、再到编译执行的基本过程我们知道在CPU上执行的是低级别的机器语言从高级语言到低级别的机器语言肯定是要经过翻译过程这个过程大体的过程如下图所示: 在Unix系统中从源文件到可执行目标文件是由编译驱动程序完成的如大名鼎鼎的gcc翻译过程包括图中的是个阶段 Ø 预处理阶段 预处理器cpp根据以字符#开头的命令修给原始的C程序结果得到另一个C程序通常以.i作为文件扩展名。主要是进行文本替换、宏展开、删除注释这类简单工作。 对应的命令linux gcc -E hello.c hello.i Ø 编译阶段 编译器将文本文件hello.i翻译成hello.s包含相应的汇编语言程序 对应的命令linux gcc -S hello.c hello.s Ø 汇编阶段 将.s文件翻译成机器语言指令把这些指令打包成一种叫做可重定位目标程序的格式并将结果保存在目标文件.o中(把汇编语言翻译成机器语言的过程)。 把一个源程序翻译成目标程序的工作过程分为五个阶段词法分析语法分析语义检查和中间代码生成代码优化目标代码生成。主要是进行词法分析和语法分析又称为源程序分析分析过程中发现有语法错误给出提示信息。 对应的命令linux gcc -c hello.c hello.o Ø 链接阶段 此时hello程序调用了printf函数。 printf函数存在于一个名为printf.o的单独的预编译目标文件中。 链接器ld就负责处理把这个文件并入到hello.o程序中结果得到hello文件一个可执行文件。最后可执行文件加载到储存器后由系统负责执行, 函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时把库文件的代码全部加入到可执行文件中因此生成的文件比较大但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为.a。动态库与之相反在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中而是在程序执行时由运行时链接文件加载库这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为.sogcc在编译时默认使用动态库。 二、目标文件 由上面的过程我们可以看出在经过汇编器和连接器作用后都会输出一个目标文件那这两个目标文件有什么样的区别呢说到这里我们先引入目标文件的形式 2.1 三种目标文件形式 1可重定位目标文件包含二进制代码和数据其形式可以和其他目标文件进行合并创建一个可执行目标文件 2可执行目标文件包含二进制代码和数据可直接被加载器加载执行 3共享目标文件可被动态的加载和链接本文暂时不讨论 由此我们可知由汇编器生成的就是可重定位目标文件经过链接器作用后才生成可执行目标文件链接器的作用就是以一组可重定位目标文件作为输入生成可加载和运行的可执行目标文件具体需要完成以下两个工作 Ø 符号解析符号解析的目的是将目标文件中每个符号静态变量、函数、全局变量和其定义进行关联 Ø 重定位将每个符号的定义与具体在虚拟内存中的位置进行关联 最终生成可执行目标文件 说到这里好像还是没有说清楚这两种目标文件有什么区别我们还是先把这个问题放一下相信你看完下一节应该会有答案下面我们开始引入目标文件ELF文件。 三、ELF文件 目标文件再不同的系统或平台上具有不同的命名格式在Unix和X86-64 Linux上称为ELF(Executable and Linkable Format, ELF)。 ELF文件格式提供了两种不同的视角在汇编器和链接器看来ELF文件是由Section Header Table描述的一系列Section的集合而执行一个ELF文件时在加载器Loader看来它是由Program Header Table描述的一系列Segment的集合 左边是从汇编器和链接器的视角来看这个文件开头的ELF Header描述了体系结构和操作系统等基本信息并指出Section Header Table和Program Header Table在文件中的什么位置Program Header Table在汇编和链接过程中没有用到所以是可有可无的Section Header Table中保存了所有Section的描述信息。右边是从加载器的视角来看这个文件开头是ELF HeaderProgram Header Table中保存了所有Segment的描述信息Section Header Table在加载过程中没有用到所以是可有可无的。注意Section Header Table和Program Header Table并不是一定要位于文件开头和结尾的其位置由ELF Header指出上图这么画只是为了清晰。 我们在汇编程序中用.section声明的Section会成为目标文件中的Section此外汇编器还会自动添加一些Section比如符号表。Segment是指在程序运行时加载到内存的具有相同属性的区域由一个或多个Section组成比如有两个Section都要求加载到内存后可读可写就属于同一个Segment。有些Section只对汇编器和链接器有意义在运行时用不到也不需要加载到内存那么就不属于任何Segment。 目标文件需要链接器做进一步处理所以一定有Section Header Table可执行文件需要加载运行所以一定有Program Header Table而共享库既要加载运行又要在加载时做动态链接所以既有Section Header Table又有Program Header Table。 关于目标文件的具体节的数据结构有兴趣的读者参照北大的一个资料写的非常详细 点击打开链接 下面用readelf工具读出目标文件max.o的ELF Header和Section Header Table然后我们逐段分析。 接下来我们来看Section Header Table格式 从Section Header中读出各Section的描述信息其中.text和.data是我们在汇编程序中声明的Section而其它Section是汇编器自动添加的。Addr是这些段加载到内存中的地址我们讲过程序中的地址都是虚拟地址加载地址要在链接时填写现在空缺所以是全0。Off和Size两列指出了各Section的文件地址比如.data从文件地址0x60开始一共0x38个字节回去翻一下程序.data中定义了14个4字节的整数一共是56个字节也就是0x38个。根据以上信息可以描绘出整个目标文件的布局。 起始文件地址 Section或Header 0 ELF Header 0x34 .text 0x60 .data 0x98 .bss此段为空 0x98 .shstrtab 0xc8 Section Header Table 0x208 .symtab 0x288 .strtab 0x2b0 .rel.text 这个文件不大我们直接用hexdump或者使用010 Editor工具把目标文件的字节全部打印出来看。 3.1 .shstrtab和.strtab .shstrtab和.strtab这两个Section中存放的都是ASCII码 可见.shstrtab中保存着各Section的名字.strtab中保存着程序中用到的符号的名字。每个名字都是以\0结尾的字符串。 我们知道C语言的全局变量如果在代码中没有初始化就会在程序加载时用0初始化。这种数据属于.bss段在加载时它和.data段一样都是可读可写的数据但是在ELF文件中.data段需要占用一部分空间保存初始值而.bss段则不需要。也就是说.bss段在文件中只占一个Section Header而没有对应的Section程序加载时.bss段占多大内存空间在Section Header中描述。在我们这个例子中没有用到.bss段以后我们会看到这样的例子。 3.2.rel.text和.symtab 我们继续分析readelf输出的最后一部分是从.rel.text和.symtab这两个Section中读出的信息。 .rel.text告诉链接器指令中的哪些地方需要重定位我们在下一节讨论。 .symtab是符号表。Ndx列是每个符号所在的Section编号例如data_items在第3个Section里也就是.data各Section的编号见Section Header Table。Value列是每个符号所代表的地址在目标文件中符号地址都是相对于该符号所在Section的相对地址比如data_items位于.data段的开头所以地址是0_start位于.text段的开头所以地址也是0但是start_loop和loop_exit相对于.text段的地址就不是0了。从Bind这一列可以看出_start这个符号是GLOBAL的而其它符号是LOCAL的GLOBAL符号是在汇编程序中用.globl指示声明过的符号。 3.3 .text节 通过使用objdump工具可以把程序中的机器指令进行反汇编Disassemble得到其汇编代码 四、可执行文件 先看可执行文件header的变化 在看section header的变化 .text和.data的加载地址分别改成了0x08048074和0x0804 90a0。.bss段没有用到所以被删掉了。.rel.text段就是用于链接过程的链接完了就没用了所以也删掉了。 在看多出来的两个program header 多出来的Program Header Table描述了两个Segment的信息。.text段和前面的ELFHeader、Program Header Table一起组成一个SegmentFileSiz指出总长度是0x9e.data段组成另一个Segment总长度是0x38。VirtAddr列指出第一个Segment加载到虚拟地址0x0804 8000注意在x86平台上后面的PhysAddr列是没有意义的第二个Segment加载到地址0x0804 90a0。Flg列指出第一个Segment的访问权限是可读可执行第二个Segment的访问权限是可读可写。最后一列Align的值0x10004K是x86平台的内存页面大小。在加载时要求文件中的一页对应内存中的一页对应关系如下图所示。 这个可执行文件很小总共也不超过一页大小但是两个Segment必须加载到内存中两个不同的页面因为MMU的权限保护机制是以页为单位的一个页面只能设置一种权限。此外还规定每个Segment在文件页面内偏移多少加载到内存页面仍然偏移多少比如第二个Segment在文件中的偏移是0xa0在内存页面0x0804 9000中的偏移仍然是0xa0所以是从0x0804 90a0开始这样规定是为了简化链接器和加载器的实现。从上图也可以看出.text段的加载地址应该是0x0804 8074也正是_start符号的地址和程序的入口地址。 原来目标文件符号表中的Value都是相对地址现在都改成绝对地址了。此外还多了三个符号__bss_start、_edata和_end这些是在链接过程中添进去的加载器可以利用这些信息把.bss段初始化为0。 再看一下反汇编的结果 到此为止ELF文件的问题已介基本介绍关于共享目标文件的格式和加载过程将在后续补上。
