ELF(Executable and Linkable Format)是一种在类Unix系统(如Linux、FreeBSD)中广泛使用的标准文件格式,主要用于可执行文件、目标文件、共享库和核心转储(core dumps)。以下是ELF文件的详细解析:
1. ELF文件类型
类型 | 扩展名 | 用途 |
可执行文件 |
无或自定义 |
可直接运行的程序(如编译后的a.out 或自定义名称) |
目标文件 |
.o |
编译器生成的中间文件,包含代码、数据及链接信息 |
共享库 |
.so |
动态链接库,运行时被加载到内存供多个程序共享(如libc.so ) |
核心转储文件 |
无 |
程序崩溃时生成的内存快照,用于调试(如core ) |
2. ELF文件结构
ELF文件由以下核心部分组成,使用工具如readelf
或objdump
可查看具体内容:
(1) ELF头部(ELF Header)
- 位置:文件起始位置。
- 作用:描述文件的基本属性。
- 关键字段:
- Magic Number:
7f 45 4c 46
(标识ELF文件)。
- 文件类型:可执行(
EXEC
)、共享库(DYN
)或目标文件(REL
)。
- 目标架构:如x86-64、ARM。
- 入口地址:程序执行的起始地址(
Entry point address
)。
(2) 程序头表(Program Header Table)
- 作用:指导操作系统如何将文件加载到内存(仅可执行文件和共享库包含)。
- 关键段类型:
LOAD
:需加载到内存的段(代码段、数据段)。
DYNAMIC
:动态链接信息(如依赖的共享库)。
INTERP
:指定动态链接器路径(如/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
)。
(3) 节头表(Section Header Table)
- 作用:描述文件中的节(section),用于链接和调试。
- 关键节:
.text
:可执行代码。
.data
:已初始化的全局/静态变量。
.bss
:未初始化的全局/静态变量(不占文件空间,加载时分配内存)。
.rodata
:只读数据(如字符串常量)。
.symtab
:符号表(函数和变量名与地址的映射)。
.strtab
:字符串表(符号名称等字符串存储)。
(4) 数据部分
- 代码节与数据节:实际存储程序代码和数据的区域。
- 重定位信息(目标文件):记录链接时需要调整的地址偏移。
3. ELF文件生命周期
(1) 编译阶段
- 编译器(如
gcc
)生成目标文件(.o
),包含代码、数据及符号表。
- 示例:
(2) 链接阶段
- 静态链接器(
ld
)合并多个目标文件及静态库(.a
),生成可执行文件或共享库。
- 示例:
(3) 执行阶段
- 操作系统加载ELF文件,解析程序头表,将代码和数据段映射到内存。
- 动态链接器加载依赖的共享库(如
libc.so
),处理符号重定位。
4. 工具与调试
(1) 查看文件类型
(2) 分析符号
(3) 动态链接依赖
(4) 反汇编代码
5. 示例:简单ELF可执行文件生成
总结
ELF文件通过模块化的结构(头部、程序头、节头及数据块)实现了灵活的程序表示,支持静态/动态链接、跨平台兼容及高效加载。理解其结构对于程序优化、调试及安全分析(如逆向工程)至关重要。
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2023-02-12 交叉编译 configure