LinuxC目標文件

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一、目標文件格式（ELF格式）

編譯器編譯源代碼后生成的文件叫做目標文件。目標文件是已經編譯后的可執行文件，只是還沒有經過鏈接的過程。

PC平臺流行的可執行文件格式：windows下的PE和Linux下的ELF。

動態鏈接庫和靜態鏈接庫也是按照可執行文件存儲的。

1、ELF文件歸于4類：

ELF文講類型	說明	舉例
可重定位文件	目標文件.o	Linux的.o， windows下的.obj
可執行文件	直接可執行的文件	/bin/bash ??windows的.exe
共享目標文件	?	.so?? DLL
核心轉儲文件	進程意外終止	core dump

Linux下的file命令查看相應的文件格式：

2、目標文件

編譯后的機器指令代碼、數據、符號表、調試信息、字符串等。

一般目標文件將這些文件信息按不同的屬性，以“節”的形式存儲。

機器指令放在代碼段.text，已初始化全局變量和靜態變量放在數據段里.data，未初始化全局變量和靜態變量放在數據段里.bss。.bss只是為變量預留的位置而已，并沒有內容，不占據空間。

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二、剖析目標文件section.o

// section.c： #include<stdio.h>int init_var = 84; int uninit_var;void fun(int i) {printf(" %d \n", i); }int main(void) {static int static_var = 85;static int static_var2;int a = 1;int b;fun(init_var + uninit_var + a + b);return 0; }

gcc? -c ?section.c生成section.o——只編譯不鏈接?

objdump? -h? section.o// ELF文件的各個段的基本信息打印出來。

除了最基本的代碼段、數據段、BSS段，還有三個段：只讀數據段（.rodata）、注釋信息段（.comment）和堆棧提示段（.note.GNU-stack）。

段的屬性：最容易理解的就是段的長度Size和段所在的位置File off（偏移量）。每個段第二行的“CONTENTS”表示該段在文件中存在——BSS段沒有“CONTENTS “，實際上在ELF中不存在；”note.GNU-stack“有“CONTENTS”但大小為0，奇怪。

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size命令查看ELF文件中的代碼段、數據段和BSS段長度。

root@colinux:~/mystudy# size section.o

?? text??? data????bss???? dec???? hex filename

? ?88??????8?????? 4???? 100?????64 section.o

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1、代碼段

???????? objdump的“-s”十六進制方式打印，“-d”反匯編。提取出代碼段的內容：

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“Contents of section.text”就是.text的數據以十六進制方式打印出來的內容，0x58字節，與size命令的長度符合。對照反匯編結果，.text包含兩個函數，fun()和main()。.text的第一個字節就是”0x55”就是fun()函數的第一條“push?? %ebp”指令，而最后一個字節0xc3正是main()函數的最后一條指令“ret”。

2、數據段和只讀數據段

???????? .data段保存的是初始化的全局變量和靜態變量，section.c中有這樣兩個變量init_var和static_var，都是int型，剛好8字節。所以.data的大小是8字節。

Contents of section .data:

?0000 54000000 55000000??????????????????? T...U...???????

Contents of section .rodata:

?0000 20256420 0a00???????????????????????? %d ..??

.data前四個字節，0x54、0x00、0x00、0x00 —— 0x54 = 84；——大端機

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3、BSS段

???????? .bss段保存的是未化的全局變量和靜態變量，section.c中有這樣兩個變量uninit_var和static_var2。但是通過size命令看到.bss只有4字節。通過符號表（后面說）看到，只有static_var2被放入了.bss段，uninit_var沒有。與不同的語言和不同的編譯器有關。

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4、其他段? ? ? ??

常用段名	說明
.rodata	只讀數據，如字符串常量，const只讀變量
.comment	編譯器版本信息，
.debug	調試信息
.dynamic	動態鏈接信息
.hash	符號哈希表
.line	行號表
.note	額外的編譯器信息：公司名，發布版本號等
.strtab	字符串表
.symtab	符號表
.shstrtab	段名表
.plt?? .got	動態鏈接的跳轉表和全局入口表
.init? .fini	程序初始化與終結代碼段

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三、ELF文件結構

???????? 提取重要的結構：ELFHeader（ELF文件頭）、.text、.data、.bss、其他段、段表、字符串表、符號表等。

ELF文件頭——描述了整個文件的文件屬性：是否可執行、是靜態還是動態連接及入口地址、目標硬件、目標操作系統等信息。

段表——所有段的信息：段名、段的長度、在文件中的偏移、讀寫權限及段的其他屬性。

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1、文件頭（readelf命令）?

ELF文件頭定義：ELF魔數、文件機器字節長度、文件存儲方式、版本、運行平臺、ABI版本、ELF重定位類型、硬件平臺、硬件平臺版本、入口地址、程序頭入口地址和長度、段表的位置和長度及段的數量等。

ELF文件頭結構及相關常數被定義在”/usr/include/elf.h”,32位“ELF32_Ehdr”

#define EI_NIDENT(16)typedef struct {unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; /* Magic number and other info */Elf32_Half e_type; /* Objectfile type */Elf32_Half e_machine; /*Architecture */Elf32_Word e_version; /* Object file version */Elf32_Addr e_entry; /* Entrypoint virtual address */Elf32_Off e_phoff; /* Programheader table file offset */Elf32_Off e_shoff; /* Sectionheader table file offset */Elf32_Word e_flags; /*Processor-specific flags */Elf32_Half e_ehsize; /* ELFheader size in bytes */Elf32_Half e_phentsize; /* Programheader table entry size */Elf32_Half e_phnum; /* Program header table entrycount */Elf32_Half e_shentsize; /* Sectionheader table entry size */Elf32_Half e_shnum; /* Sectionheader table entry count */Elf32_Half e_shstrndx; /* Sectionheader string table index */ } Elf32_Ehdr;

結構與readelf輸出的ELF文件頭信息相比：只有e_ident對應了readelf輸出中的“Class ?Data? Version?OS/ABI? ABI Version”5個參數，剩下的參數一一對應。

ELF魔數：Magic:??7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ?

16字節對應了Elf32_Ehdr的e_ident這個16字節成員。這16字節被ELF標準規定來標識ELF文件的平臺屬性：如字長、字節序、版本等。16字節含義：

前4字節是所有ELF文件都必須相同的標識碼：0x7F、0X45、0X4C、0X46（這四個字節就是ELF文件的魔數）。幾乎所有的可執行文件的開始的幾個字節都是魔數，如a.out最開始兩個字節是0x01、0x07；PE最開始兩個字節是0x4d、0x5a。這個魔數用來確認文件類型。第5個字節用來標識ELF文件類的，0x01表示是32位的，0x02表示64位的。第6字節是字節序，規定ELF文件是大端的還是小端的。第7字節規定ELF文件的主版本號，一般是1.后面的九個字節ELF標準沒有定義，一般寫0。

e_type文件類型：ET_REL—— 1 ——可重定位文件，一般是.o文件；ET_EXEC—— 2 —— 可執行文件； ET_DYN —— 2 ——共享目標文件，一般是.so文件。

e_machine機器類型：ELF文件的平臺屬性，EM_386 —— 3 —— x86

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2、段表

ELF的段結構就是由段表決定的，編譯器、連接器和裝載器都是靠段表來定位和訪問各個段的屬性的。段表在ELF文件中的位置由ELF文件頭Elf32_Ehdr結構中的” e_shoff” 成員決定。section.o中，段表位于偏移0x104（260字節）處。

前面用”objdump -h”查看ELF文件中的段，此命令只是把ELF文件中的關鍵段顯示出來了，省略了其他輔助性的段：符號表、字符串表、重定位表等。

readelf -S命令

段表是以“Elf32_Shdr”結構體為元素的數組，數組元素的個數等于段的個數，每個“Elf32_Shdr”結構體對應一個段。section.o：11個元素的數組。/usr/include/elf.h：

typedef struct {Elf32_Word sh_name; /* Section name (string tblindex) */Elf32_Word sh_type; /* Section type */Elf32_Word sh_flags; /* Section flags */Elf32_Addr sh_addr; /* Section virtual addr atexecution */Elf32_Off sh_offset; /* Section file offset */Elf32_Word sh_size; /* Section size in bytes */Elf32_Word sh_link; /* Link to another section */Elf32_Word sh_info; /* Additional sectioninformation */Elf32_Word sh_addralign; /* Section alignment */Elf32_Word sh_entsize; /* Entry size if section holdstable */ } Elf32_Shdr;

總結section.o段表的位置

?	起始地址	大小
ELF Header? e_shoff = 0x104	0	0x34
.text	0x34	0x52
.data	0x88	0x08
.rodata	0x90	0x06
.comment	0x96	0x1d
.shstrtab	0xB3	0x51
Section Table	0x104	0x1b8
.symtab	0x2bc	0xf0
.rel.text	0x3fc	0x28

長度為0x424 = 1060，這個長度正好是section.o文件的大小。

段的類型（sh_type）：段的名字只有在編譯和鏈接的過程中有意義。SHT_NULL – 0 – 無效段， SHT_PROGBITS– 1 – 程序段， SHT_SYMTAB – 2 – 表示該段的內容為符號表, SHT_STRTAB – 3 – 字符串表， SHT_RELA –4 – 重定位表， SHT_HASH – 5 – 符號表的哈希表，SHT_DYNAMIC – 6 – 動態鏈接信息， SHT_NOTE – 7 – 提示性信息， SHT_NOBITS– 8 –該段在文件中沒內容， SHT_REL – 9 –該段包含了重定位信息，SHT_SHLIB – 10 – 保留，SHT_DNYSYM – 11 – 動態鏈接的符號表。

段的標志位（sh_flag）：表示該段在進程虛擬地址空間中的屬性，可寫可執行等。SHF_WRITE – 1 – 該段在進程空間中可寫； SHF_ALLOC– 2 – 在進程空間中要分配空間； SHF_EXECINSTR– 4 –該段在進程空間中可以被執行，一般指代碼段。

???????? 段的鏈接信息（sh_link、sh_info）：

sh_type	sh_link	sh_info
SHT_DYNAMIC	字符串表在段表的下標	0
SHT_HASH	符號表在段表中的下標	0
SHT_REL	相應符號表在段表中的下標	該重定位表所作用的段在段表中的下標
SHT_RELA
SHT_SYMTAB	操作系統相關	操作系統相關
SHTDYNSYM
other	SHN_UNDEF	0

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3、重定位表

???????? section.o中有一個“rel.text”的段，類型是“SHT_REL”——重定位表。

代碼段和數據段中那些對絕對地址的引用的位置——相應的重定位表。section.o中的“rel.text”就是對“.text”段的重定位表——printf函數的調用；而“.data”段沒有對絕對地址的引用，只包含了幾個常量，故沒有“.rel.data”。

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4、字符串表——段名，變量名等

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四、鏈接的接口——符號

???????? 可以使用很多工具查看ELF文件的符號表，readelf，objdump，nm等；

1、ELF符號表結構

???????? ELF符號表是文件中的一個段“.symtab”

/* Symbol table entry. */ typedef struct {Elf32_Word st_name; /* Symbol name (string tblindex) */Elf32_Addr st_value; /* Symbol value */Elf32_Word st_size; /* Symbol size */unsigned char st_info; /* Symbol type and binding */unsigned char st_other; /* Symbol visibility */Elf32_Section st_shndx; /* Section index */ } Elf32_Sym;

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux C目标文件的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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