elf64
- ELF頭部結(jié)構(gòu)定義為：
typedef struct {
??? unsigned char e_ident[EI_NIDENT];
??? Elf32_Half? e_type;
??? Elf32_Half? e_machine;
??? Elf32_Word? e_version;
??? Elf32_Addr? e_entry;
??? Elf32_Off?? e_phoff;
??? Elf32_Off?? e_shoff;
??? Elf32_Word? e_flags;
??? Elf32_Half? e_ehsize;
??? Elf32_Half? e_phentsize;
??? Elf32_Half? e_phnum;
??? Elf32_Half? e_shentsize;
??? Elf32_Half? e_shnum;
??? Elf32_Half? e_shstrndx;
} Elf32_Ehdr;
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typedef struct elf64_hdr {內(nèi)核
? unsigned char????????e_ident[EI_NIDENT];????????16字節(jié)/* ELF "magic number" */
? Elf64_Half e_type;
? Elf64_Half e_machine;
? Elf64_Word e_version;
? Elf64_Addr e_entry;????????????????/* Entry point virtual address */
? Elf64_Off e_phoff;????????????????/* Program header table file offset */
? Elf64_Off e_shoff;????????????????/* Section header table file offset */
? Elf64_Word e_flags;
? Elf64_Half e_ehsize;
? Elf64_Half e_phentsize;
? Elf64_Half e_phnum;
? Elf64_Half e_shentsize;
? Elf64_Half e_shnum;
? Elf64_Half e_shstrndx;
} Elf64_Ehdr;
?
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?????????Section頭部結(jié)構(gòu)定義為：
typedef struct {
??? Elf32_Word? sh_name;
??? Elf32_Word? sh_type;
??? Elf32_Word? sh_flags;
??? Elf32_Addr? sh_addr;
??? Elf32_Off?? sh_offset;
??? Elf32_Word? sh_size;
??? Elf32_Word? sh_link;
??? Elf32_Word? sh_info;
??? Elf32_Word? sh_addralign;
??? Elf32_Word? sh_entsize;
} Elf32_Shdr;
typedef struct {
??? Elf32_Addr r_offset;
??? Elf32_Word r_info;
} Elf32_Rel;
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- ELF符號表Section .symtab的表項(xiàng)結(jié)構(gòu)定義為：
typedef struct {
??? Elf32_Word st_name;
??? Elf32_Addr st_value;
??? Elf32_Word st_size;
??? unsigned char st_info;
??? unsigned char st_other;
??? Elf32_Half st_shndx;
} Elf32_sym;
BSS段：BSS段（bss segment）通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。
BSS是英文Block Started by Symbol的簡稱。BSS段屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。
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bss段（未手動初始化的數(shù)據(jù)）并不給該段的數(shù)據(jù)分配空間，只是記錄數(shù)據(jù)所需空間的大小。
data（已手動初始化的數(shù)據(jù)）段則為數(shù)據(jù)分配空間，數(shù)據(jù)保存在目標(biāo)文件中。
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來自 <http://www.cppblog.com/prayer/archive/2009/08/17/93594.html>
在于思考
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地址空間分布
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最近看了本書，突然對于地址空間有些疑惑。在深入理解linux內(nèi)核中把地址分為三類：邏輯地址（匯編語言中操作數(shù)地址或指令的地址，對于80x86的cup，邏輯地址是段+段內(nèi)偏移地址）、線性地址（也叫虛擬地址）和物理地址。但在Stott Maxwell的《Linux Core Kernel Commentrary》中確是這樣分的：邏輯地址（也叫虛擬地址）、線性地址和物理地址。按照386 CPU總設(shè)計(jì)師 John Crowford的解釋，虛擬地址是保護(hù)模式下段和段內(nèi)偏移量組成的地址，而邏輯地址就是代碼段內(nèi)偏移量，或稱進(jìn)程的邏輯地址。其實(shí)對于linux來說，這三種說法都沒錯，由于linux下并不主張將程序分段，而是主張分頁，所以即使是在80x86的體系結(jié)構(gòu)下，段的基地址也是0。因此邏輯地址、線性地址、虛擬地址在linux中其實(shí)是相同的。所以對于linux下的elf可執(zhí)行文件來說，代碼段的起始地址0x08048000既是邏輯地址，也是線性地址也是虛擬地址。
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1 x86的物理地址空間布局：
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物理地址空間的頂部以下一段空間，被PCI設(shè)備的I/O內(nèi)存映射占據(jù)，它們的大小和布局由PCI規(guī)范所決定。640K~1M這段地址空間被BIOS和VGA適配器所占據(jù)。
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Linux系統(tǒng)在初始化時，會根據(jù)實(shí)際的物理內(nèi)存的大小，為每個物理頁面創(chuàng)建一個page對象，所有的page對象構(gòu)成一個mem_map數(shù)組。
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進(jìn)一步，針對不同的用途，Linux內(nèi)核將所有的物理頁面劃分到3類內(nèi)存管理區(qū)中，如圖，分別為ZONE_DMA，ZONE_NORMAL，ZONE_HIGHMEM。
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ZONE_DMA的范圍是0~16M，該區(qū)域的物理頁面專門供I/O設(shè)備的DMA使用。之所以需要單獨(dú)管理DMA的物理頁面，是因?yàn)镈MA使用物理地址訪問內(nèi)存，不經(jīng)過MMU，并且需要連續(xù)的緩沖區(qū)，所以為了能夠提供物理上連續(xù)的緩沖區(qū)，必須從物理地址空間專門劃分一段區(qū)域用于DMA。
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ZONE_NORMAL的范圍是16M~896M，該區(qū)域的物理頁面是內(nèi)核能夠直接使用的。
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ZONE_HIGHMEM的范圍是896M~結(jié)束，該區(qū)域即為高端內(nèi)存，內(nèi)核不能直接使用。
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2 linux虛擬地址內(nèi)核空間分布
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在kernel image下面有16M的內(nèi)核空間用于DMA操作。位于內(nèi)核空間高端的128M地址主要由3部分組成，分別為vmalloc area，持久化內(nèi)核映射區(qū)，臨時內(nèi)核映射區(qū)。
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由于ZONE_NORMAL和內(nèi)核線性空間存在直接映射關(guān)系，所以內(nèi)核會將頻繁使用的數(shù)據(jù)如kernel代碼、GDT、IDT、PGD、mem_map數(shù)組等放在ZONE_NORMAL里。而將用戶數(shù)據(jù)、頁表(PT)等不常用數(shù)據(jù)放在ZONE_ HIGHMEM里，只在要訪問這些數(shù)據(jù)時才建立映射關(guān)系(kmap())。比如，當(dāng)內(nèi)核要訪問I/O設(shè)備存儲空間時，就使用ioremap()將位于物理地址高端的mmio區(qū)內(nèi)存映射到內(nèi)核空間的vmalloc area中，在使用完之后便斷開映射關(guān)系。 上面描述默認(rèn)都是32位的機(jī)器，對于64位的機(jī)器，PAGE_OFFSET為0x0xffff880000000000，用戶地址空間范圍：0x0000000000000000 - 0x00007fffffffffff，內(nèi)核代碼地址空間：0xffffffff80000000 - 0xffffffffa0000000。
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3 linux虛擬地址用戶空間分布
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用戶進(jìn)程的代碼區(qū)一般從虛擬地址空間的0x08048000開始，這是為了便于檢查空指針。代碼區(qū)之上便是數(shù)據(jù)區(qū)，未初始化數(shù)據(jù)區(qū)，堆區(qū)，棧區(qū)，以及參數(shù)、全局環(huán)境變量。
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4 linux虛擬地址與物理地址映射的關(guān)系
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Linux將4G的線性地址空間分為2部分，0~3G為user space，3G~4G為kernel space。
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由于開啟了分頁機(jī)制，內(nèi)核想要訪問物理地址空間的話，必須先建立映射關(guān)系，然后通過虛擬地址來訪問。為了能夠訪問所有的物理地址空間，就要將全部物理地址空間映射到1G的內(nèi)核線性空間中，這顯然不可能。于是，內(nèi)核將0~896M的物理地址空間一對一映射到自己的線性地址空間中，這樣它便可以隨時訪問ZONE_DMA和ZONE_NORMAL里的物理頁面；此時內(nèi)核剩下的128M線性地址空間不足以完全映射所有的ZONE_HIGHMEM，Linux采取了動態(tài)映射的方法，即按需的將ZONE_HIGHMEM里的物理頁面映射到kernel space的最后128M線性地址空間里，使用完之后釋放映射關(guān)系，以供其它物理頁面映射。雖然這樣存在效率的問題，但是內(nèi)核畢竟可以正常的訪問所有的物理地址空間了。
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5 linux中可執(zhí)行程序與虛擬地址空間的映射關(guān)系
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虛擬內(nèi)存區(qū)域（VMA，Virtual Memory Area）是Linux中進(jìn)程虛擬地址空間中的一個段，在Windows里面叫虛擬段。當(dāng)操作系統(tǒng)創(chuàng)建線程后，會在進(jìn)程相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置一個.text段的VMA，它在虛擬空間中的地址為0x08048000~0x08049000，它對應(yīng)ELF文件中的偏移為0的.text。可以查看操作系統(tǒng)為運(yùn)行的進(jìn)程維護(hù)的信息：
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從上面的圖可以看出，虛擬空間地址為0x08048000~0x08049000的VMA映射為elf文件中的一個段（segment），并且是按整頁進(jìn)行映射的。
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由于linux下的ELF可執(zhí)行文件會有很多個段（section），所以如果把每個section都映射為一個VMA，那么沒有一個頁大小的段（section）也會被映射為一個頁的VMA，這樣就浪費(fèi)了物理空間，由于不足會用0補(bǔ)充。故elf有一個裝載的段（segment），與前面的段（section）不同，前面的段（section）主要用于鏈接，而段（segment）主要用于裝載進(jìn)內(nèi)存。
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可以看出段（segment）02包含了很多的段（section），那鏈接器怎樣將段（section）合并到一個段（segment）中的呢？可以通過段（section）的權(quán)限來合并，如以代碼段為代表的權(quán)限為可讀可執(zhí)行權(quán)限；以數(shù)據(jù)段和BSS段為代表的權(quán)限為可讀可寫的段；以只讀數(shù)據(jù)為代表的權(quán)限為只讀權(quán)限。
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ELF與Linux進(jìn)程虛擬空間映射關(guān)系如下圖所示：
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即使把多個段（section）合并到幾個段（segment），每個段（segment）還是又很能產(chǎn)生較大的頁內(nèi)碎片，怎樣解決這個問題呢？Unix巧妙的通過各個段（segment）接壤部分共享一個物理頁來解決這個問題。
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參考：http://www.cnblogs.com/zszmhd/archive/2012/08/29/2661461.html、深入理解linux內(nèi)核、Linux Core Kernel Commentrary、程序員的自我修養(yǎng)。
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分類: linux內(nèi)核
總結(jié)
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