ELF应用程序二进制接口

Posted 2021-12-14 rtoax

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了ELF应用程序二进制接口相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

ELF应用程序二进制接口
荣涛 2021年11月2日

文档修改日志

日期	修改内容	修改人	备注
2021年11月2日	创建	荣涛	摘自https://docs.oracle.com/
2021年11月2日	添加R_AARCH64_xx	荣涛	摘自binutils-gdb
2021年11月4日	init_module	荣涛	init_module(2)

ELF 应用程序二进制接口

通用 ELF 格式由 System V 应用程序二进制接口定义。该参考文档包含通用版本中的信息，并使用 Oracle Solaris 中的扩展内容进行了扩充。

目标文件格式

本章介绍由汇编程序和链接编辑器生成的目标文件的可执行链接格式 (Excutable and Linking Format, ELF)。存在三种重要类型的目标文件。

可重定位目标文件包含代码节和数据节。此文件适合与其他可重定位目标文件链接，从而创建动态可执行文件、共享目标文件或其他可重定位目标文件。
动态可执行文件包含可随时执行的程序。此文件指定了 exec(2) 创建程序的进程映像的方式。此文件通常在运行时绑定到共享目标文件以创建进程映像。
共享目标文件文件包含适用于进行其他链接的代码和数据。链接编辑器可将此文件与其他可重定位目标文件和共享目标文件一起处理，以创建其他目标文件。运行时链接程序会将此文件与动态可执行文件和其他共享目标文件合并，以创建进程映像。

程序可以使用由 ELF 访问库 libelf 提供的函数处理目标文件。有关 libelf 内容的说明，请参阅 elf(3ELF)。/usr/demo/ELF 目录下的 pkg:/solaris/source/demo/system 软件包中提供了使用 libelf 的源代码样例。

文件格式

目标文件既参与程序链接，又参与程序执行。为了方便和提高效率，目标文件格式提供了文件内容的平行视图，以反映这些活动的不同需要。下图显示了目标文件的结构。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UCB3HR5k-1636806374038)(_v_images/20211102110206867_13981.png)]

ELF 头位于目标文件的起始位置，其中包含用于说明文件结构的指南。

注 - 只有 ELF 头在文件中具有固定位置。由于 ELF 格式的灵活性，不要求头表、节或段具有指定的顺序。但是，此图是 Oracle Solaris OS 中使用的典型布局。

节表示 ELF 文件中可以处理的最小不可分割单位。段是节的集合。段表示可由 exec(2) 或运行时链接程序映射到内存映像的最小独立单元。

节包含链接视图的批量目标文件信息。此数据包括指令、数据、符号表和重定位信息。本章的第一部分提供了各节的说明。本章的第二部分讨论了文件的各段及程序执行视图。

程序头表（如果存在）指示系统如何创建进程映像。用于生成进程映像、可执行文件和共享目标文件的文件必须具有程序头表。可重定位目标文件无需程序头表。

节头表包含说明文件各节的信息。每节在表中有一个与之对应的项。每一项都指定了节名称和节大小之类的信息。链接编辑过程中使用的文件必须具有节头表。

数据表示形式

目标文件格式支持 8 位字节、32 位体系结构和 64 位体系结构的各种处理器。不过，数据表示形式最好可扩展为更大或更小的体系结构。下表列出了 32 位数据类型和 64 位数据类型。

目标文件表示格式与计算机无关的一些控制数据。此格式可提供目标文件的通用标识和解释。目标文件中的其余数据使用目标处理器的编码，无论在什么计算机上创建该文件都是如此。

表1-1 ELF 32 位数据类型

名称	大小	对齐	目的
Elf32_Addr	4	4	无符号程序地址
Elf32_Half	2	2	无符号中整数
Elf32_Off	4	4	无符号文件偏移
Elf32_Sword	4	4	有符号整数
Elf32_Word	4	4	无符号整数
unsigned char	1	1	无符号小整数

表1-2 ELF 64 位数据类型

名称	大小	对齐	目的
Elf64_Addr	8	4	无符号程序地址
Elf64_Half	2	2	无符号中整数
Elf64_Off	8	8	无符号文件偏移
Elf64_Sword	4	4	有符号整数
Elf64_Word	4	4	无符号整数
Elf64_XWord	8	8	无符号长整数
Elf64_SxWord	8	8	有符号长整数
unsigned char	1	1	无符号小整数

目标文件格式定义的所有数据结构都遵循相关类的自然大小和对齐规则。数据结构可以包含显式填充，以确保 4 字节目标的 4 字节对齐，从而强制结构大小为 4 的倍数，依此类推。数据在文件的开头也会适当对齐。例如，包含 Elf32_Addr 成员的结构在文件中与 4 字节边界对齐。同样，包含 Elf64_Addr 成员的结构与 8 字节边界对齐。

注 - 为便于移植，ELF 不使用位字段。

ELF 头

目标文件中的一些控制结构可以增大，因为 ELF 头包含这些控制结构的实际大小。如果目标文件格式发生变化，则程序可能会遇到大于或小于预期大小的控制结构。因此，程序可能会忽略额外的信息。这些忽略的信息的处理方式取决于上下文，如果定义了扩展内容，则会指定处理方式。

ELF 头具有以下结构。请参见 elf.h。

#define EI_NIDENT (16)

typedef struct

  unsigned char	e_ident[EI_NIDENT];	/* Magic number and other info */
  Elf32_Half	e_type;			/* Object file type */
  Elf32_Half	e_machine;		/* Architecture */
  Elf32_Word	e_version;		/* Object file version */
  Elf32_Addr	e_entry;		/* Entry point virtual address */
  Elf32_Off	e_phoff;		/* Program header table file offset */
  Elf32_Off	e_shoff;		/* Section header table file offset */
  Elf32_Word	e_flags;		/* Processor-specific flags */
  Elf32_Half	e_ehsize;		/* ELF header size in bytes */
  Elf32_Half	e_phentsize;		/* Program header table entry size */
  Elf32_Half	e_phnum;		/* Program header table entry count */
  Elf32_Half	e_shentsize;		/* Section header table entry size */
  Elf32_Half	e_shnum;		/* Section header table entry count */
  Elf32_Half	e_shstrndx;		/* Section header string table index */
 Elf32_Ehdr;

typedef struct

  unsigned char	e_ident[EI_NIDENT];	/* Magic number and other info */
  Elf64_Half	e_type;			/* Object file type */
  Elf64_Half	e_machine;		/* Architecture */
  Elf64_Word	e_version;		/* Object file 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;		/* Processor-specific flags */
  Elf64_Half	e_ehsize;		/* ELF header size in bytes */
  Elf64_Half	e_phentsize;		/* Program header table entry size */
  Elf64_Half	e_phnum;		/* Program header table entry count */
  Elf64_Half	e_shentsize;		/* Section header table entry size */
  Elf64_Half	e_shnum;		/* Section header table entry count */
  Elf64_Half	e_shstrndx;		/* Section header string table index */
 Elf64_Ehdr;

e_ident

将文件标记为目标文件的初始字节。这些字节提供与计算机无关的数据，用于解码和解释文件的内容。ELF 标识中提供了完整说明。

e_type

标识目标文件类型，如下表中所列。

名称	值	含义
ET_NONE	0	无文件类型
ET_REL	1	可重定位文件
ET_EXEC	2	可执行文件
ET_DYN	3	共享目标文件
ET_CORE	4	核心文件
ET_LOOS	0xfe00	特定于操作系统
ET_Hios	0xfeff	特定于操作系统
ET_LOPROC	0xff00	特定于处理器
ET_HIPROC	0xffff	特定于处理器

/* Legal values for e_type (object file type).  */

#define ET_NONE     0       /* No file type */                                                                              
#define ET_REL      1       /* Relocatable file */
#define ET_EXEC     2       /* Executable file */
#define ET_DYN      3       /* Shared object file */
#define ET_CORE     4       /* Core file */
#define ET_NUM      5       /* Number of defined types */
#define ET_LOOS     0xfe00      /* OS-specific range start */
#define ET_HIOS     0xfeff      /* OS-specific range end */
#define ET_LOPROC   0xff00      /* Processor-specific range start */
#define ET_HIPROC   0xffff      /* Processor-specific range end */

虽然未指定核心文件内容，但类型 ET_CORE 保留用于标记文件。从 ET_LOPROC 到 ET_HIPROC 之间的值（包括这两个值）保留用于特定于处理器的语义。其他值保留供将来使用。

e_machine

指定独立文件所需的体系结构。下表中列出了相关体系结构。

/* Legal values for e_machine (architecture).  */

#define EM_NONE		 0	/* No machine */
#define EM_M32		 1	/* AT&T WE 32100 */
#define EM_SPARC	 2	/* SUN SPARC */
#define EM_386		 3	/* Intel 80386 */
#define EM_68K		 4	/* Motorola m68k family */
#define EM_88K		 5	/* Motorola m88k family */
#define EM_IAMCU	 6	/* Intel MCU */
#define EM_860		 7	/* Intel 80860 */
#define EM_MIPS		 8	/* MIPS R3000 big-endian */
#define EM_S370		 9	/* IBM System/370 */
#define EM_MIPS_RS3_LE	10	/* MIPS R3000 little-endian */
				/* reserved 11-14 */
#define EM_PARISC	15	/* HPPA */
				/* reserved 16 */
#define EM_VPP500	17	/* Fujitsu VPP500 */
#define EM_SPARC32PLUS	18	/* Sun's "v8plus" */
#define EM_960		19	/* Intel 80960 */
#define EM_PPC		20	/* PowerPC */
#define EM_PPC64	21	/* PowerPC 64-bit */
#define EM_S390		22	/* IBM S390 */
#define EM_SPU		23	/* IBM SPU/SPC */
				/* reserved 24-35 */
#define EM_V800		36	/* NEC V800 series */
#define EM_FR20		37	/* Fujitsu FR20 */
#define EM_RH32		38	/* TRW RH-32 */
#define EM_RCE		39	/* Motorola RCE */
#define EM_ARM		40	/* ARM */
#define EM_FAKE_ALPHA	41	/* Digital Alpha */
#define EM_SH		42	/* Hitachi SH */
#define EM_SPARCV9	43	/* SPARC v9 64-bit */
#define EM_TRICORE	44	/* Siemens Tricore */
#define EM_ARC		45	/* Argonaut RISC Core */
#define EM_H8_300	46	/* Hitachi H8/300 */
#define EM_H8_300H	47	/* Hitachi H8/300H */
#define EM_H8S		48	/* Hitachi H8S */
#define EM_H8_500	49	/* Hitachi H8/500 */
#define EM_IA_64	50	/* Intel Merced */
#define EM_MIPS_X	51	/* Stanford MIPS-X */
#define EM_COLDFIRE	52	/* Motorola Coldfire */
#define EM_68HC12	53	/* Motorola M68HC12 */
#define EM_MMA		54	/* Fujitsu MMA Multimedia Accelerator */
#define EM_PCP		55	/* Siemens PCP */
#define EM_NCPU		56	/* Sony nCPU embeeded RISC */
#define EM_NDR1		57	/* Denso NDR1 microprocessor */
#define EM_STARCORE	58	/* Motorola Start*Core processor */
#define EM_ME16		59	/* Toyota ME16 processor */
#define EM_ST100	60	/* STMicroelectronic ST100 processor */
#define EM_TINYJ	61	/* Advanced Logic Corp. Tinyj emb.fam */
#define EM_X86_64	62	/* AMD x86-64 architecture */
#define EM_PDSP		63	/* Sony DSP Processor */
#define EM_PDP10	64	/* Digital PDP-10 */
#define EM_PDP11	65	/* Digital PDP-11 */
#define EM_FX66		66	/* Siemens FX66 microcontroller */
#define EM_ST9PLUS	67	/* STMicroelectronics ST9+ 8/16 mc */
#define EM_ST7		68	/* STmicroelectronics ST7 8 bit mc */
#define EM_68HC16	69	/* Motorola MC68HC16 microcontroller */
#define EM_68HC11	70	/* Motorola MC68HC11 microcontroller */
#define EM_68HC08	71	/* Motorola MC68HC08 microcontroller */
#define EM_68HC05	72	/* Motorola MC68HC05 microcontroller */
#define EM_SVX		73	/* Silicon Graphics SVx */
#define EM_ST19		74	/* STMicroelectronics ST19 8 bit mc */
#define EM_VAX		75	/* Digital VAX */
#define EM_CRIS		76	/* Axis Communications 32-bit emb.proc */
#define EM_JAVELIN	77	/* Infineon Technologies 32-bit emb.proc */
#define EM_FIREPATH	78	/* Element 14 64-bit DSP Processor */
#define EM_ZSP		79	/* LSI Logic 16-bit DSP Processor */
#define EM_MMIX		80	/* Donald Knuth's educational 64-bit proc */
#define EM_HUANY	81	/* Harvard University machine-independent object files */
#define EM_PRISM	82	/* SiTera Prism */
#define EM_AVR		83	/* Atmel AVR 8-bit microcontroller */
#define EM_FR30		84	/* Fujitsu FR30 */
#define EM_D10V		85	/* Mitsubishi D10V */
#define EM_D30V		86	/* Mitsubishi D30V */
#define EM_V850		87	/* NEC v850 */
#define EM_M32R		88	/* Mitsubishi M32R */
#define EM_MN10300	89	/* Matsushita MN10300 */
#define EM_MN10200	90	/* Matsushita MN10200 */
#define EM_PJ		91	/* picoJava */
#define EM_OPENRISC	92	/* OpenRISC 32-bit embedded processor */
#define EM_ARC_COMPACT	93	/* ARC International ARCompact */
#define EM_XTENSA	94	/* Tensilica Xtensa Architecture */
#define EM_VIDEOCORE	95	/* Alphamosaic VideoCore */
#define EM_TMM_GPP	96	/* Thompson Multimedia General Purpose Proc */
#define EM_NS32K	97	/* National Semi. 32000 */
#define EM_TPC		98	/* Tenor Network TPC */
#define EM_SNP1K	99	/* Trebia SNP 1000 */
#define EM_ST200	100	/* STMicroelectronics ST200 */
#define EM_IP2K		101	/* Ubicom IP2xxx */
#define EM_MAX		102	/* MAX processor */
#define EM_CR		103	/* National Semi. CompactRISC */
#define EM_F2MC16	104	/* Fujitsu F2MC16 */
#define EM_MSP430	105	/* Texas Instruments msp430 */
#define EM_BLACKFIN	106	/* Analog Devices Blackfin DSP */
#define EM_SE_C33	107	/* Seiko Epson S1C33 family */
#define EM_SEP		108	/* Sharp embedded microprocessor */
#define EM_ARCA		109	/* Arca RISC */
#define EM_UNICORE	110	/* PKU-Unity & MPRC Peking Uni. mc series */
#define EM_EXCESS	111	/* eXcess configurable cpu */
#define EM_DXP		112	/* Icera Semi. Deep Execution Processor */
#define EM_ALTERA_NIOS2 113	/* Altera Nios II */
#define EM_CRX		114	/* National Semi. CompactRISC CRX */
#define EM_XGATE	115	/* Motorola XGATE */
#define EM_C166		116	/* Infineon C16x/XC16x */
#define EM_M16C		117	/* Renesas M16C */
#define EM_DSPIC30F	118	/* Microchip Technology dsPIC30F */
#define EM_CE		119	/* Freescale Communication Engine RISC */
#define EM_M32C		120	/* Renesas M32C */
				/* reserved 121-130 */
#define EM_TSK3000	131	/* Altium TSK3000 */
#define EM_RS08		132	/* Freescale RS08 */
#define EM_SHARC	133	/* Analog Devices SHARC family */
#define EM_ECOG2	134	/* Cyan Technology eCOG2 */
#define EM_SCORE7	135	/* Sunplus S+core7 RISC */
#define EM_DSP24	136	/* New Japan Radio (NJR) 24-bit DSP */
#define EM_VIDEOCORE3	137	/* Broadcom VideoCore III */
#define EM_LATTICEMICO32 138	/* RISC for Lattice FPGA */
#define EM_SE_C17	139	/* Seiko Epson C17 */
#define EM_TI_C6000	140	/* Texas Instruments TMS320C6000 DSP */
#define EM_TI_C2000	141	/* Texas Instruments TMS320C2000 DSP */
#define EM_TI_C5500	142	/* Texas Instruments TMS320C55x DSP */
#define EM_TI_ARP32	143	/* Texas Instruments App. Specific RISC */
#define EM_TI_PRU	144	/* Texas Instruments Prog. Realtime Unit */
				/* reserved 145-159 */
#define EM_MMDSP_PLUS	160	/* STMicroelectronics 64bit VLIW DSP */
#define EM_CYPRESS_M8C	161	/* Cypress M8C */
#define EM_R32C		162	/* Renesas R32C */
#define EM_TRIMEDIA	163	/* NXP Semi. TriMedia */
#define EM_QDSP6	164	/* QUALCOMM DSP6 */
#define EM_8051		165	/* Intel 8051 and variants */
#define EM_STXP7X	166	/* STMicroelectronics STxP7x */
#define EM_NDS32	167	/* Andes Tech. compact code emb. RISC */
#define EM_ECOG1X	168	/* Cyan Technology eCOG1X */
#define EM_MAXQ30	169	/* Dallas Semi. MAXQ30 mc */
#define EM_XIMO16	170	/* New Japan Radio (NJR) 16-bit DSP */
#define EM_MANIK	171	/* M2000 Reconfigurable RISC */
#define EM_CRAYNV2	172	/* Cray NV2 vector architecture */
#define EM_RX		173	/* Renesas RX */
#define EM_METAG	174	/* Imagination Tech. META */
#define EM_MCST_ELBRUS	175	/* MCST Elbrus */
#define EM_ECOG16	176	/* Cyan Technology eCOG16 */
#define EM_CR16		177	/* National Semi. CompactRISC CR16 */
#define EM_ETPU		178	/* Freescale Extended Time Processing Unit */
#define EM_SLE9X	179	/* Infineon Tech. SLE9X */
#define EM_L10M		180	/* Intel L10M */
#define EM_K10M		181	/* Intel K10M */
				/* reserved 182 */
#define EM_AARCH64	183	/* ARM AARCH64 */
				/* reserved 184 */
#define EM_AVR32	185	/* Amtel 32-bit microprocessor */
#define EM_STM8		186	/* STMicroelectronics STM8 */
#define EM_TILE64	187	/* Tileta TILE64 */
#define EM_TILEPRO	188	/* Tilera TILEPro */
#define EM_MICROBLAZE	189	/* Xilinx MicroBlaze */
#define EM_CUDA		190	/* NVIDIA CUDA */
#define EM_TILEGX	191	/* Tilera TILE-Gx */
#define EM_CLOUDSHIELD	以上是关于ELF应用程序二进制接口的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 二进制安全：ELF文件深度分析Linux二进制代码审计
 Linux应用程序的装载和执行
 Android 逆向使用 Python 解析 ELF 文件 ( Capstone 反汇编 ELF 文件中的机器码数据 | 创建反汇编解析器实例对象 | 设置汇编解析器显示细节 )(代码片段
 ELF文件加载与动态链接
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