可执行和可链接文件格式

### 可执行与可链接文件格式（ELF） #### 概述 《可执行与可链接文件格式》是一份详尽的手册，介绍了ELF（Executable and Linkable Format）文件格式的基本概念、结构以及在程序加载和动态链接过程中的应用。ELF是一种广泛使用的文件格式，用于操作系统上的可执行文件、目标文件、共享库等。这份文档通过详细的章节和图表，为读者提供了深入理解ELF文件格式所需的所有信息。 #### ELF文件格式 ##### 引言 ELF文件格式设计用于存储二进制代码和数据，并支持多种不同的处理器架构。该格式的一个显著特点是其便携性和灵活性，它不仅适用于静态编译的程序，也适用于动态链接的应用场景。ELF文件由多个部分组成，包括一个头部（ELF Header）、一个或多个节（Sections），以及一个程序头表（Program Header Table）等。 ##### ELF头部 ELF文件的头部包含了一些基本信息，如文件类型、机器类型（即目标架构）、版本号等。这些信息对于正确解析和处理ELF文件至关重要。例如，头部中的“e_ident”字段包含了文件标识符，用于确认文件是否是有效的ELF文件，同时还可以识别出文件的数据编码方式（LSB还是MSB）和目标架构类型。 ##### 节 ELF文件中的节是用于组织不同类型数据的基本单位。它们可以分为两大类：一种是程序需要访问的数据，另一种是辅助编译器和链接器完成其工作的元数据。常见的节包括.text节（用于存放代码）、.data节（用于存放初始化的数据）、.bss节（用于存放未初始化的数据）等。每个节都有自己的属性，比如大小、位置等，这些信息存储在节头表（Section Header Table）中。 ##### 字符串表 字符串表是一种特殊的节，用于存储字符串。ELF文件中的许多地方都需要引用字符串，比如符号表中的符号名、节名等。为了方便查找，通常会有一个专门的字符串表节，它按顺序存储所有字符串，并且每个字符串后面都会跟着一个空字符（'\0'）作为结束标记。 ##### 符号表 符号表记录了程序中定义的符号及其相关信息，比如符号的名称、值、类型等。符号表对于链接器来说非常重要，因为它可以帮助链接器在不同文件之间进行符号的匹配和解析。符号表中的每一项都对应着一个符号，其中包含了足够的信息来描述该符号在程序中的位置和性质。 ##### 重定位 重定位是指在链接过程中调整代码或数据的位置，以确保程序能够正确地运行。ELF文件中的重定位条目指出了哪些位置需要进行重定位，以及如何进行重定位。重定位信息对于创建可重定位的目标文件和共享对象至关重要。 #### 程序加载与动态链接 ##### 引言 程序加载与动态链接是操作系统的重要组成部分，它们决定了程序如何被加载到内存中并执行。ELF文件格式支持两种主要的加载方式：静态链接和动态链接。静态链接是在程序编译时就将所有依赖的库合并到最终的可执行文件中；而动态链接则是在程序运行时才加载所需的库。 ##### 程序头表 程序头表（Program Header Table）是ELF文件中用于描述程序加载信息的部分。它包含了一系列的段（Segments），每个段都代表了文件的一部分如何被加载到内存中。这些段可以是可执行的代码段、数据段或者是只读数据段等。通过程序头表，操作系统可以知道如何将ELF文件映射到内存中。 ##### 程序加载 程序加载是指将ELF文件从磁盘加载到内存的过程。在这个过程中，操作系统会根据程序头表中的信息将各个段加载到指定的内存地址。此外，如果ELF文件是通过动态链接的方式创建的，那么还需要额外加载相关的共享库。 ##### 动态链接 动态链接允许程序在运行时加载所需的库。这不仅节省了磁盘空间，还提高了程序的启动速度。动态链接的核心组件之一是动态结构（Dynamic Structure），它包含了一组动态链接所需的信息，如所需的共享库列表、全局偏移表（Global Offset Table，GOT）等。通过动态结构，动态链接器可以在程序运行时解析符号并绑定到正确的地址上。 #### C库 C库是ELF文件格式中经常提到的一个重要组成部分。在程序执行过程中，经常会调用C库提供的函数和服务。C库通常是以动态链接的形式存在的，这意味着它们不会被直接包含在程序的可执行文件中，而是在程序运行时由动态链接器加载。 #### 结论 通过以上对ELF文件格式的详细介绍，我们可以看到这种格式在现代操作系统中的重要性。无论是静态编译的应用程序，还是需要动态链接的复杂系统，ELF都提供了一种灵活而强大的解决方案。理解ELF文件格式不仅有助于开发者编写更高效、更安全的程序，也为系统管理员和操作系统的实现者提供了重要的参考。