C++学习（三九五）ELF类型文件

Posted 2021-11-01 hankern

ELF 是Executable and Linking Format的缩写，即可执行和可链接的格式。

.o文件、可执行文件、核心转储文件(core dump)、.so文件(动态链链接库）

在计算机科学中，是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。
是UNIX系统实验室（USL）作为应用程序二进制接口（Application Binary Interface，ABI）而开发和发布的，也是Linux的主要可执行文件格式。
1999年，被86open项目选为x86架构上的类Unix操作系统的二进制文件标准格式，用来取代COFF。因其可扩展性与灵活性，也可应用在其它处理器、计算机系统架构的操作系统上。

ELF文件由4部分组成，分别是ELF头（ELF header）、程序头表（Program header table）、节（Section）和节头表（Section header table）。实际上，一个文件中不一定包含全部内容，而且它们的位置也未必如同所示这样安排，只有ELF头的位置是固定的，其余各部分的位置、大小等信息由ELF头中的各项值来决定。

 左边是从汇编器和链接器的视角来看这个文件，开头的ELF Header描述了体系结构和操作系统等基本信息，并指出Section Header Table和Program Header Table在文件中的什么位置，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。右边是从加载器的视角来看这个文件，开头是ELF Header，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。注意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。

我们在汇编程序中用.section声明的Section会成为目标文件中的Section，此外汇编器还会自动添加一些Section（比如符号表）。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，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。

目标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。

要注意区分段(segment)和节(section)的概念，这两个概念在后面会经常提到。
我们写汇编程序时，用.text，.bss，.data这些指示，都指的是section，比如.text，告诉汇编器后面的代码放入.text section中。
目标代码文件中的section和section header table中的条目是一一对应的。section的信息用于链接器对代码重定位。

而文件载入内存执行时，是以segment组织的，每个segment对应ELF文件中program header table中的一个条目，用来建立可执行文件的进程映像。
比如我们通常说的，代码段、数据段是segment，目标代码中的section会被链接器组织到可执行文件的各个segment中。
.text section的内容会组装到代码段中，.data, .bss等节的内容会包含在数据段中。