内存模型与elf文件

bss段

bss段(bss segment) 用于存放程序中 未经初始化的全局变量和静态局部变量 。在目标文件中,这个段并不占据实际空间,它仅仅只是一个占位符。

bss段属于 静态内存分配

data段

数据段(data segment) 通常是指用来存放程序中 已初始化的全局变量和静态局部变量 的一块内存区域,读写属性

数据段属于 静态内存分配

text段

代码段(code segment/text segment) 通常是指用来存放程序 执行代码的一块内存区域 ,也有可能包含一些只读的 常数变量(例如字符串常量等)只读属性

这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读(某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序)。

堆(heap)

堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。

当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);

当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)。

栈(stack)

栈又称堆栈,是用户存放程序临时创建的局部变量,

也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。

除此以外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且待到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。

由于栈的先进先出(FIFO)特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。

从这个意义上讲,我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

解剖工具、命令

## 解剖 Linux C 程序.
file	#查看文件属性
xxd		#二进制格式文件转hex格式 例: xxd t1.o > t1.hex
#ELF 文件基本介绍
readelf
objdump
# 如何精简 Linux C 小程序
stdlibc #介绍 (gnulibc), 如何去掉链接stdlibc

注:mac os X下没有这两个命令,可以用brew来安装,brew update && brew install binutils,然后用greadelf和gobjdump。

附:一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的。

这样的概念,不知道最初来源于哪里的规定,但在当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。

而且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。

在采用段式内存管理的架构中(比如intel的80x86系统),bss段通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,

一般在初始化时bss 段部分将会清零。bss段属于静态内存分配,即程序一开始就将其清零了。

比如,在C语言之类的程序编译完成之后,已初始化的全局变量保存在.data 段中,未初始化的全局变量保存在.bss 段中。

text和data段都在可执行文件中(在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中),由系统从可执行文件中加载;

而bss段不在可执行文件中,由系统初始化。

全局的未初始化变量存在于.bss段中,具体体现为一个占位符;
全局的已初始化变量存于.data段中;
而函数内的自动变量都在栈上分配空间;
.bss是不占用文件空间的,其内容由操作系统初始化(清零);
.data却需要占用,其内容由程序初始化。因此造成了上述情况。
bss段(未手动初始化的数据)并不给该段的数据分配空间,只是记录数据所需空间的大小;
bss段的大小从可执行文件中得到 ,然后链接器得到这个大小的内存块,紧跟在数据段后面。
data段(已手动初始化的数据)则为数据分配空间,数据保存在目标文件中;
data段包含经过初始化的全局变量以及它们的值。当这个内存区进入程序的地址空间后全部清零。
包含data段和bss段的整个区段此时通常称为数据区。

【例】

// t1.c
int a = 1;
static int b = 4;
int c;
static int d;
char *s1 = "1234";
int main() {
    int e = 2;
    char *s2 = "3456";
    return 0;
}

编译调试文件

gcc test1.c -o test1.o 		//编译

objdump -sx t1.o			//调试

摘取相关信息如下:

Sections:
Idx Name Size VMA LMA File off Algn
……
15 .rodata 0000001a 0000000000400570 0000000000400570 00000570 23
CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
……
24 .data 00000018 0000000000601020 0000000000601020 00001020 2
3
CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
25 .bss 00000010 0000000000601038 0000000000601038 00001038 2**2
ALLOC

Sections展示了不同的段的大小。

SYMBOL TABLE:
000000000060102c l O .data 0000000000000004 b
000000000060103c l O .bss 0000000000000004 d
……
0000000000601030 g O .data 0000000000000008 s1
0000000000601040 g O .bss 0000000000000004 c
0000000000601028 g O .data 0000000000000004 a

SYMBOL TABLE展示了不同的变量是存在哪的。这里就可以看到
data段有:

  • 初始化了的全局变量a
  • 初始化了的静态变量b
  • 常量字符串s1

bss段有:

  • 未初始化的全局变量c
  • 未初始化的静态变量d
Contents of section .rodata:
 400550 01000200 31323334 00333435 3600      ....1234.3456. 

Contents of section .data:
 6008a8 00000000 00000000 00000000 00000000  ................
 6008b8 01000000 04000000 54054000 00000000  ........T.@.....

可以看到rodata段中有我们定义的1234和3456
而data段里有1和4(小端)分别对应a和b

还可以读取elf文件,命令是readelf

参考文档:
一、基础
二、编译和链接
三、目标文件解析
四、静态链接
使用readelf和objdump解析目标文件

posted @ 2019-05-28 01:06  南山道士  阅读(225)  评论(0编辑  收藏  举报