嵌入式开发常用的ELF文件梳理

关于计算机的文件有很多种，今天分享一种用于二进制文件、可执行文件、目标代码、共享库和核心转储格式文件。

一、ELF文件简介

ELF：Executable and Linkable Format，可执行与可链接格式。

首先，你需要知道的是所谓对象文件(Object files)有三个种类：

1）可重定向文件：文件保存着代码和适当的数据，用来和其他的目标文件一起来创建一个可执行文件或者是一个共享目标文件。（目标文件或者静态库文件，即通常后缀为.a和.o的文件）

2）可执行文件：文件保存着一个用来执行的程序。（例如bash，gcc等）

3）共享目标文件：共享库。文件保存着代码和合适的数据，用来被下连接编辑器和动态链接器链接。

二、ELF文件格式

首先，ELF文件格式提供了两种视图，分别是链接视图和执行视图。

链接视图是以节（section）为单位，执行视图是以段（segment）为单位。链接视图就是在链接时用到的视图，而执行视图则是在执行时用到的视图。上图左侧的视角是从链接来看的，右侧的视角是执行来看的。总个文件可以分为四个部分：

• ELF header：描述整个文件的组织。

• Program Header Table: 描述文件中的各种segments，用来告诉系统如何创建进程映像的。

• sections 或者 segments：segments是从运行的角度来描述elf文件，sections是从链接的角度来描述elf文件，也就是说，在链接阶段，我们可以忽略program header table来处理此文件，在运行阶段可以忽略section header table来处理此程序（所以很多加固手段删除了section header table）。从图中我们也可以看出，segments与sections是包含的关系，一个segment包含若干个section。

• Section Header Table: 包含了文件各个segction的属性信息，我们都将结合例子来解释。

三、ELF Header

#define EI_NIDENT 16
typedefstruct{
       unsignedchar 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;

e_ident ：ELF的一些标识信息，前四位为.ELF,其他的信息比如大小端等
e_machine ：文件的目标体系架构，比如ARM
e_version : 0为非法版本，1为当前版本
e_entry ：程序入口的虚拟地址
e_phoff ：程序头部表偏移地址
e_shoff ：节区头部表偏移地址
e_flags ：保存与文件相关的，特定于处理器的标志
e_ehsize ：ELF头的大小
e_phentsize ：每个程序头部表的大小
e_phnum ：程序头部表的数量
e_shentsize：每个节区头部表的大小
e_shnum ：节区头部表的数量
e_shstrndx：节区字符串表位置

接着运行readelf -h android_server命令，可以看到ELF Header结构的内容。

或者使用010Editor的ELF模板也可以看到ELF Header结构。对比以下三类ELF文件，我们得到了以下结论：

1、e_type标识了文件类型

2、Relocatable File（.o文件）不需要执行，因此e_entry字段为0，且没有Program Header Table等执行视图

3、不同类型的ELF文件的Section也有较大区别，比如只有Relocatable File有.strtab节。

Shared Object File（.so文件）

Executable File（可执行文件android_server）

Relocatable File（.o文件）

四、Section Header Table

一个ELF文件中到底有哪些具体的 sections，由包含在这个ELF文件中的 section head table(SHT)决定。在SHT中，针对每一个section，都设置有一个条目（entry），用来描述对应的这个section，其内容主要包括该 section 的名称、类型、大小以及在整个ELF文件中的字节偏移位置等等。我们也可以在TISCv1.2规范中找到SHT表中条目的C结构定义：

typedefstruct{
    Elf32_Word sh_name;   //节区名，是节区头部字符串表节区（Section Header String Table Section）的索引。名字是一个 NULL 结尾的字符串。
    Elf32_Word sh_type;    //为节区类型
    Elf32_Word sh_flags;    //节区标志
    Elf32_Addr sh_addr;    //如果节区将出现在进程的内存映像中，此成员给出节区的第一个字节应处的位置。否则，此字段为 0。
    Elf32_Off sh_offset;    //此成员的取值给出节区的第一个字节与文件头之间的偏移。
    Elf32_Word sh_size;   //此 成 员 给 出 节 区 的 长 度 （ 字 节 数 ）。
    Elf32_Word sh_link;   //此成员给出节区头部表索引链接。其具体的解释依赖于节区类型。
    Elf32_Word sh_info;       //此成员给出附加信息，其解释依赖于节区类型。
    Elf32_Word sh_addralign;    //某些节区带有地址对齐约束.
    Elf32_Word sh_entsize;    //某些节区中包含固定大小的项目，如符号表。对于这类节区，此成员给出每个表项的长度字节数。
}Elf32_Shdr;

sh_type的取值如下:

五、Section

六、Program Header Table

程序头部（Program Header）描述与程序执行直接相关的目标文件结构信息。用来在文件中定位各个段的映像。同时包含其他一些用来为程序创建映像所必须的信息。
可执行文件或者共享目标文件的程序头部是一个结构数组，每个结构描述了一个段或者系统准备程序执行所必须的其他信息。目标文件的“段”包含一个或者多个“节区”，也就是“段内容（Segment Contents）”。程序头部仅对可执行文件和共享目标文件有意义。

程序头部的数据结构如下：

typedefstruct{  
    Elf32_Word p_type;           //此数组元素描述的段的类型，或者如何解释此数组元素的信息。
    Elf32_Off  p_offset;           //此成员给出从文件头到该段第一个字节的偏移
    Elf32_Addr p_vaddr;         //此成员给出段的第一个字节将被放到内存中的虚拟地址
    Elf32_Addr p_paddr;        //此成员仅用于与物理地址相关的系统中。System V忽略所有应用程序的物理地址信息。
    Elf32_Word p_filesz;         //此成员给出段在文件映像中所占的字节数。可以为0。
    Elf32_Word p_memsz;     //此成员给出段在内存映像中占用的字节数。可以为0。
    Elf32_Word p_flags;         //此成员给出与段相关的标志。
    Elf32_Word p_align;        //此成员给出段在文件中和内存中如何对齐。
} Elf32_phdr;

p_type：

好了，本文主要内容就分享到这里，具体可以参看ELF文件详细描述。

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