快乐Linux —— 5. ElF 文件浅析

参考：

《程序员自我修养》《深入理解计算机系统》

https://blog.csdn.net/Vince_/article/details/89076338

http://www.skyfree.org/linux/references/ELF_Format.pdf 这篇英文pdf描述的很详细

https://www.jianshu.com/p/7c609b70acbd

0. 简述

ElF （Executable Linkable Format 可执行可连接格式），属于 COFF （Common file format）通用文件格式的变种。因为目标文件( .o) 与可执行文件内容结构相似，所以一般与可执行文件格式采取同一种存储格式，我们将其统称为ELF文件。

我们重点关注 可重定位文件 和 可执行文件 。

有两种不同理解ELF文件的视角。

链接视角：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。

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。
执行视角：在加载器(Loader)看来它是由 Program Header Table 描述的一系列 Segment的集合。

Program 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。

其他需要补充的：

可重定位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。
section：可重定位目标文件中的 .text，.data，.bss 等。
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。在静态链接中由一个或多个可重定位目标文件的 section 在链接过程中合并而成。
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 。

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。

如果仍然对section 和 segment 有疑惑的话，在后面编译链接原理里面有更详细的讲解。

1. ELF可重定位目标文件解析

readelf -S xxx.o 查看文件中的各个段

objdump -s -d xxx.o 查看各个段的内容

ELF Header ELF文件头

readelf -h xxx.o
.text 代码段

存放已编译的程序的机器指令。
.rodata 和 .data

.rodata 存放只读数据和字符串常量。（像printf中的格式串）

.data 存放 已初始化非0 的（全局变量和局部静态变量）。
.bss Block Storage Start

存放 初始化为0 的（全局变量 和 局部静态变量）和（未初始化 的 局部静态变量）。只在 Section Header 中占一个记录，而不占ELF空间。设置这个区是为了提高空间效率。

而未初始化的全局变量分配给 COMMON 块 在深入理解计算机系统中有这样一段话

在编译链接原理的链接过程中的符号解析详细说明了这个原因。
.symtab 符号表

记录ELF文件中用到的所有符号，每个符号有符号值对变量和函数来说，符号值就是它们的地址。

（这块的符号表不包含函数里面的局部自动变量的符号。不要和编译过程中的符号表搞混，前者是由后者在汇编阶段生成）

关于符号的更多信息： https://blog.csdn.net/baidu_41667019/article/details/84789564
.rel.text 和 .rel.data 重定位表
.debug 调试符号表 .line 源程序中行号和指令映射

当编译器以调试形式生成目标文件时才有这些 section。
.strtab 和 .shstrtab

.strtab 保存普通的字符串，比如符号名称，包括.symtab 和 .debug 中符号信息。存放的是ELF文件中的字符串，而不是代码中的字符串。

.shstrtab 常用于保存section名。
Section Header Table 段表 / 节头部表

保存各个段的信息包括段名，段长，文件中的偏移，读写权限等等。