ELF目标文件概述

mac2024-06-24 47

ELF目标文件概述

目标文件分为三种：可重定位目标文件，可执行目标文件和共享目标文件。Linux中使用ELF格式（举例的两个.c文件：）

/* main.c */ /* $begin main */ int sum(int *a, int n); int array[2] = {1, 2}; int main() { int val = sum(array, 2); return val; } /* $end main */ /* sum.c */ /* $begin sum */ int sum(int *a, int n) { int i, s = 0; for (i = 0; i < n; i++) { s += a[i]; } return s; } /* $end sum */

可重定位目标文件

编译生成可重定位目标文件： $ gcc -c main.c sum.c 由于main.c模块与sum.c模块的ELF可重定位目标文件的格式类似，这里只给出main.o的ELF头，节头部表，符号表里的信息。看ELF头： $ readelf -h main.o $ readelf -h sum.o ELF头以一个16字节的序列开始，这个序列描述了生成该文件的系统的字的大小和字节顺序。还描述了ELF头的大小，目标文件的类型（REL），机器类型（x86-64），节头部表的文件偏移（11），以及节头部表中条目的大小（64字节）和数量（12）。看节头表： $ readelf -S main.o $ readelf -S sum.o 节头部表描述了不同节的位置和大小，其中目标文件的每个节都有一个固定大小的条目。 .text：已编译程序的机器代码。 .rodata：只读数据，如printf语句中的格式串和开关语句的跳转表。 .data：已初始化的全局和静态C变量。局部变量运行时被保存在栈中。 .bss：未初始化的全局和静态C变量，以及所有被初始化为0的全局或静态变量，目标文件中这个节不占实际的空间。 .symtab：符号表，存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息。 .rel.text：一个位置的列表，链接器把这个目标文件和其他目标文件组合时需要修改这些位置。任何调用外部函数或者引用全局变量的指令都需修改。 .rel.data：引用或定义的所有全局变量的重定位信息。（只有可重定位目标文件才有，可执行目标文件没有）节头部表中有三个特殊的伪节在节头部表中是没有条目的：ABS，UNDEF，COMMON。区分COMMON和.bss：未初始化的全局变量被分配在COMMON中，未初始化的静态变量，以及初始化为0的全局或静态变量被分配在.bss中。看符号表： $ readelf -s main.o $ readelf -s sum.o 符号表示汇编器构造的，使用编译器输出到汇编语言.s文件中的符号。 .symtab节中包含ELF符号表，这张符号表中包含一个条目的数组。开始的8个条目是链接器内部使用的局部符号。（Bind为LOCAL) value：距定义目标的节的起止位置的偏移，对于可执行目标文件来说这里是一个绝对运行时的地址。 size：目标的大小（字节）。 type：数据或函数。 bind：表示符号是本地还是全局的。 name：字符串表（.strtab）中的字节偏移。看到全局符号main定义的条目，它是一个位于.text节（Ndx=1）中偏移量为0（value的值）处的33字节（size）的函数。array是一个位于.data节（Ndx=3）中偏移量为0（value的值）的8字节（size）条目。最后一个条目是对外部符号sum的引用，它不在该模块被定义（UND)。反汇编： $objdump -dx main.o $objdump -dx -j .data main.o -j name –section=name 仅仅显示指定名称为name的section的信息

可执行目标文件可执行目标文件的格式类似与可重定位目标文件格式。它还包括程序的入口点，也就是程序运行时要执行第一条指令的地址。相比于可重定位目标文件能看到它含有.init节不含.rel节。链接生成可执行目标文件： $ gcc -o main main.o sum.o/gcc -o main main.c sum.c 看ELF头： $ readelf -h main 看节头表： $ readelf -S main看符号表： $ readelf -s main看程序头表： $ readelf -l main 反汇编： $objdump -dx main（仅贴出main和sum部分） ELF可执行文件被设计得很容易加载到内存，可执行文件的连续的片被映射到连续的内存段。程序头部表描述了这种映射关系。是由OBJDUMP显示的。可执行目标文件的内容初始化两个内存段。 r-x说明代码段有读/执行访问权限，开始于内存地址0x000000处，总共的内存大小是0x850字节，并且被初始化可执行目标文件的头0x850个字节，其中包括ELF头、程序头部表以及.init、.text和.rodata节。 rw-说明数据段由读/写访问权限，开始于内存地址0x200df0处，总的内存大小为0x230个字节，并用从目标文件中偏移的0xdf0处开始的.data节中的0x228个字节初始化。 $objdump -dx -j .data main

3.重定位当汇编器生成一个目标模块时，它并不知道数据和代码最终放在内存中的什么位置，也不知道这个模块引用的任何外部定义的函数或全局变量的位置。所以当汇编器遇到对未知位置的引用时就会生成一个重定位条目，告诉链接器在目标文件合并时如何修改这个引用。代码的重定位条目在.rel.text中，已初始化数据的重定位条目在.rel.data中。

看重定位条目： $ readelf -r main.o $ readelf -r sum.o offset时需要被修改的引用的节偏移。 type告知链接器如何修改新的引用（R_X86_64_PC32是重定位PC相对地址的引用，R_X86_64_32是重定位绝对地址的引用）。这里显示的PLT32。 symbol标识被修改引用应该指向的符号。 addend是一个有符号常数，一些类型的重定位要使用它对被修改引用的值做偏移调整。反汇编main.o也能看到这部分数据。

重定位相对引用：

$ objdump -dx main 00000000000005fa <main>: 5fa: 55 push %rbp 5fb: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 5fe: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp 602: be 02 00 00 00 mov $0x2,%esi 607: 48 8d 3d 02 0a 20 00 lea 0x200a02(%rip),%rdi # 201010 <array> 60e: e8 08 00 00 00 callq 61b <sum> 613: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp) 616: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 619: c9 leaveq 61a: c3 retq 000000000000061b <sum>: 61b: 55 push %rbp 61c: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 61f: 48 89 7d e8 mov %rdi,-0x18(%rbp) 623: 89 75 e4 mov %esi,-0x1c(%rbp) 626: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp) 62d: c7 45 f8 00 00 00 00 movl $0x0,-0x8(%rbp) 634: eb 1d jmp 653 <sum+0x38> 636: 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%eax 639: 48 98 cltq 63b: 48 8d 14 85 00 00 00 lea 0x0(,%rax,4),%rdx 642: 00 643: 48 8b 45 e8 mov -0x18(%rbp),%rax 647: 48 01 d0 add %rdx,%rax 64a: 8b 00 mov (%rax),%eax 64c: 01 45 fc add %eax,-0x4(%rbp) 64f: 83 45 f8 01 addl $0x1,-0x8(%rbp) 653: 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%eax 656: 3b 45 e4 cmp -0x1c(%rbp),%eax 659: 7c db jl 636 <sum+0x1b> 65b: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 65e: 5d pop %rbp 65f: c3 retq objdump -dx main.o 0000000000000000 <main>: 0: 55 push %rbp 1: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 4: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp 8: be 02 00 00 00 mov $0x2,%esi d: 48 8d 3d 00 00 00 00 lea 0x0(%rip),%rdi # 14 <main+0x14> 10: R_X86_64_PC32 array-0x4 14: e8 00 00 00 00 callq 19 <main+0x19> 15: R_X86_64_PLT32 sum-0x4 19: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp) 1c: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 1f: c9 leaveq 20: c3 retq r.offset = 0x15 r.symbol = sum r.type = R_X86_64_PLT32（书上的是PC32） r.addend = -4 计算引用的运行时地址 ADDR(s) = ADDR(.text) ; ADDR(r.symbol) = ADDR(sum)更新该引用，使它在运行时指向sum程序 refaddr = ADDR(s) + r.offset = 0x5fa + 0x15 = 0x60f *refptr = (unsigned)(ADDR(r.symbol) + r.addend - refaddr) = (unsigned)(0x61b + (-4) - 0x60f) = (unsigned)0x8在得到的可执行文件中，call指令的重定位形式： 60e: e8 08 00 00 00 callq 61b < sum >

在运行时，call指令将存放在0x60e处，当CPU执行call指令时，PC的值为0x613（0x5fa+19）即call指令的下一条指令的地址。为执行这条指令，CPU将PC压入栈中，然后PC<—PC+0x8 = 0x61b，这样下一条指令就是sum例程的第一条指令。

最新回复(0)