ELF格式解读-符号表

Posted 2022-08-03 不会写代码的丝丽

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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格式解读-符号表相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

一个优先的symtab文章

我们常常调试错误说需要符号表，那么符号表是什么？符号表仅仅用来调试？

符号表本质就是一个映射表，举个例子：某行二进制汇编代码映射到源码第几行。

符号表的作用：

调试
重定位

调试

window工程有一个*.pdb文件,里面编包含调试符号.可参阅wiki window pdb格式。

在java工程会使用一个叫混淆的技术，混淆后会生成混淆前后的映射文件mapping.txt,这个也可以理解为符号表的一种。

在linux有一个dwarf的文件格式也是专门用于调试的文件。参阅wiki DWARF。

重定位

重定位可以大致分为两种类别动态重定位与静态重定位

动态重定位

假设A程序需要xxx.so中的yyyy函数那么就需要从xxx.so中的符号表进行读取。

静态重定位

我们看看下面的源代码

//mainA.c

int globalvar=0x123;
fun test()


//mainB.c
extern test();
extern int globalvar;
fun testFunB()
	test();
	printf("I am  %d\\r\\n",globalvar)

我们程序有两个源代码，我们知道我编译的时候我们首先先将程序编译成目标文件。
也就是mainB.o mainA.o，在目标文件中mainB.o不知道test函数和globalvar变量的地址，因此我们需要在链接时修正mainB.o函数调用地址。

在编译成目标文件时，编译器会把文件中所有的函数与变量地址放入一个符号表中。
在链接时把所有目标文件的符号表合成一个，然后利用重定位表和符号表完成函数调用地址修正。

我们看链接前示意图：

链接后：

动态重定位

动态重定位和静态符号表原理都差不多，不过重定位操作延迟到调用时，关于延迟绑定可以参阅通过GDB学透PLT与GOT

静态符号表

#include <stdio.h>

static int mystaticVar = 3 ;
int myglobalvar=5;
int myglobalvar2=6;
extern void testfun();
int main()
        int *inp= 0x00;
        *inp=2;
        testfun();
        printf("hello world %d \\r\\n",mystaticVar);
        return 0;

void hell()
testfun();

编译成目标文件：
gcc -c -o main.o main.c

首先我们查看对应头表
[图2-1]

可以看到一个.symtab这个就是我们符号表数组起始地址

他的结构如下所示：

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;//32位

typedef struct 
	Elf64_Word	st_name;
	unsigned char	st_info;
	unsigned char	st_other;
	Elf64_Half	st_shndx;
	Elf64_Addr	st_value;
	Elf64_Xword	st_size;
 Elf64_Sym;//64位

当然你依然可以使用相关命令查看
[图2-2]

st_name

数值表示该符号字符串位于字符串表(.)中的下标。

[图2-3]

我们以16进制打印符号表如下图：
[图2-4]

符号第0个字节为00,第一个字节位6d对应ascii字符为m，而后遇到第一个00之前组成的字符串就是main.c

st_info

这个字段是一个复合字段，他内部决定了符号bind类型以及type。
如下宏函数：

   #define ELF32_ST_BIND(i) ((i)>>4) 
   #define ELF32_ST_TYPE(i) ((i)&0xf) 
   #define ELF32_ST_INFO(b,t) (((b)<<4)+((t)&0xf) ) 

   #define ELF64_ST_BIND(i) ((i)>>4) 
   #define ELF64_ST_TYPE(i) ((i)&0xf) 
   #define ELF64_ST_INFO(b,t) (((b)<<4)+((t)&0xf ))

bind

bind相关字段枚举如下图所示

其中我只需要留意三个字段STB_LOCAL,STB_GLOBAL,STB_WEAK

STB_LOCAL:
表示这个符号仅仅在本目标文件可见，其他目标文件不可见。比如静态方法和静态属性。比如本例代码mystaticVar就是对外不可见的。

STB_GLOBAL
目标文件中对外暴露的函数和属性如本例myglobalvar2

STB_WEAK
弱符号，这里不扩开讲

type

说明这个符号是什么，比如是函数还是文件或者属性

STT_NOTYPE
说明这个符号什么都不是，符号表第一项固定为此类型，以及引用外部的函数等。

STT_OBJECT

一般说明这个符号是变量数组等

STT_FUNC
一般指代函数

st_other

这个字段用于控制可见性，其枚举值如下图所示

因为STV_DEFAULT是最常见的属性也是默认属性，这里只说明此项：
如果st_other是STV_DEFAULT那么可见性交付给符号表中st_info决定

st_shndx

符号关联的节下标。
比如我们的全局变量myglobalvar2位于.data节中（在节头表下标是3）

再看看函数hell信息

其中1是节头表中的.text

st_value

这个数值根据文件不同具有不同同的意义（这里直接翻译文档，所以会有些生硬）

在可重定位文件中，st_value 包含节索引为 SHN_COMMON 的符号的对齐约束。
在可重定位文件中，st_value 包含所定义符号的节偏移。st_value 表示从 st_shndx 所标识的节的起始位置的偏移。
在可执行文件和共享目标文件中，st_value 包含虚拟地址。为使这些文件的符号更适用于运行时链接程序，节偏移（文件解释）会替换为与节编号无关的虚拟地址（内存解释）。

我们这里举例第2点
在main.o中他是一个可重定位文件。
main.o的hell符号表的value为0x48,size大小为21

他表示函数位于.text位移48h,且函数体大小为21(十进制，16进制为15).

我们通过计算函数首尾地址得到大小：5c-48+1=15h

我们再看看对于变量差别

myglobalvar节内偏移为4，大小为4（因为变量大小为4）

st_size

上文已解释

动态符号表

//main.c
#include <stdio.h>

static int mystaticVar = 3 ;
int myglobalvar=5;
int myglobalvar2=6;
extern void testfun();
int main()
        testfun();
        printf("hello world %d \\r\\n",mystaticVar);
        return 0;

void hell()
     testfun();



//test.c
 __attribute__((visibility("default"))) void testfun()

__attribute__((visibility("hidden")))  void testfun2()

int libGLobal=2;