软件构件基础-->目标文件分析

目标文件格式

目标文件是已经编译但还没有链接的文件，其格式与可执行文件格式很类似。

在Windows中目标文件格式为PE(Portable Executable)，文件以".obj"为后缀。

在Linux中目标文件格式为ELF(Executable Linkable Format)，文件名称没有明确规定一般以".o"结尾。

目标文件内容

      目标文件内容是已经经过整理的内容，将代码、数据、符号表、调试信息、字符串等以"节"(Section)或"段"(Segment)的形式存储，

节和段都表示一个固定长度的区域，在ELF的链接和装载时有区别。段之间存储可能因为字节对齐的原因，会有间隔。

段名称：

目标文件默认段的名称以"."作为前缀，如下定义：

.code 或 .text 　　　　　 代码段

.data                            初始化的数据段

.bss                             未初始化数据段，编译器默认赋值0，所以此段只表明未初始化数据空间大小，但并不实际占用目标文件存储空间。

　　　　　　　　　　　　 但在实际运行时，是会占用内存空间的。

.rodata                         只读数据

.comment                     编译器版本信息

.debug                         调试信息

.dynamic                      动态链接信息

.hash                           符号哈希表

.line                             调试时的行号表

.note                            额外的编译信息

.strtab                          字符串表

.symtab                        符号表

.shstrtab                       段名表

.plt和.got                      动态链接跳转表和全局入口表

.init和.fini                     程序初始化与终结代码段

 

当然也可以自定义段名，为了不与系统默认段名冲突，所以不使用前缀。

在gcc编译器下，使用格式 "__attribute__((section("name")))" 定义。

__attribute__((section("Global")))  int global=42;
#指定变量global位于Global段中，可以通过链接脚本指定变量位置

__attribute__((section("Foo"))) void foo(void)
{
 
}

#指定函数foo位于Foo段中，可以通过链接脚本指定函数位置

简易的ELF文件结构

ELF文件头

代码段(.text)

数据段(.text)

未初始化段(.bss)

其他段

段表

符号表

 

文件头：

ELF文件头包含了魔数、数据存储方式、运行平台、版本、入口地址、段表地址等等。

读取这些数据，是按照一个结构体Elf32_Ehdr或Elf64_Ehdr(位于/usr/include/elf.h)来一一对应的。

可用“readelf -h *.o ”查看文件头。

段表：

整个段表在文件的起始位置由文件头的"e_shoff"决定，段表用于保存段的基本属性，包括段名、段长度、在文件中的偏移等等。

和文件头一样，这些数据也是按照结构体Elf32_Shdr(位于/usr/include/elf.h)来一一对应的。

可用“readelf -S *.o ”查看段表。

重定位表(.rel.text  real.data)：

重定位表存储了外部引用的数据或函数，在最后的链接过程中，需要为它们重新制定运行地址。

字符串表(.strtab .shstrtab):

将文件中使用的段名、变量名等集中存储于此，其他段仅仅存储它在字符串表中的偏移量，便能推出字符串内容。

符号表(.symtab):

符号表记录了目标文件中所用到的所有符号，每个符号都有一个符号值。

符号表也是由结构体Elf32_Sym来解析。

可用“readelf -s *.o ”查看符号表。

特殊符号：

有些符号并不存在工程的源文件中，而是链接脚本可以定义一些特殊值(一般是地址)，但是源文件可以引用这些值。

在最后链接过程中，连接器会自动为这些符号指定正确的值。

常用的符号有：

__executable_start:程序起始地址

__etext或_etext或etext:代码段结束地址

_edata或edata:数据段结束地址

_end或end：程序结束地址

使用这些值:

extern char __executable_start[];
extern char __etext[],_etext[],etext[];
extern char _end[],end[];