Linux內核系列—11.操作系統開發之ELF格式

ELF文件的結構如下圖所示：

ELF文件由4部分組成，分別是ELF頭（ELF header）、程式頭表（Program header table）、節（Sections）和節頭表（Section header table）。

實際上，一個文件中不一定包含全部這些內容，而且它們的位置也未必如上圖所示這樣安排，只有ELF頭的位置是固定的，其餘各部分的位置、大小等信息由ELF頭中的各項值來決定。

ELF header的格式如下代碼所示：

#define EI_NIDENT  16

typedef struct{
    unsigned char    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_Haif          e_ehsize;
    Elf32_Haif          e_phentsize;
    Elf32_Haif          e_phnum;
    Elf32_Haif          e_shentsize;
    Elf32_Haif          e_shnum;
    Elf32_Haif          e_shstrndx;
}Elf32_Ehdr;

其中各類型的說明見下表，由於ELF文件力求支持從8位到32位不同架構的處理器，所以才定義了下表中這些數據類型，從而讓文件格式與機器無關。

下麵看一下ELF header中各項的意義。foobar文件：

最開頭是16位元組的e_ident，其中包含用以表示ELF文件的字元，以及其他一些與機器無關的信息。

開頭的4位元組是固定不變的，第1個位元組值為0x7F，緊跟著就是ELF三個字元，這4位元組表明這個文件是個ELF文件。

1.e_type——標識的是該文件的類型，取值就不一一列出了。文件foobar的e_type是2，表明它是一個可執行文件。

2.e_machine——foobar中此項的值為3，表明運行該程式需要的體繫結構為Intel 80386.

3.e_version——文件的版本。

4.e_entry——程式的入口地址。文件foobar的入口地址為0x80480A0.

5.e_phoff——Program header table在文件中的偏移量（以位元組計數），這裡的值是0x34.

6.e_shoff——Section header table在文件中的偏移量（以位元組計數），這裡的值是0x1C0.

7.e_flags——對IA32而言，此項為0.

8.e_ehsize——ELF header大小（以位元組計數），這裡值為0x34.

9.e_phentsize——Program header table中每一個條目（一個Program header）的大小。這裡值為0x20.

10.e_phnum——Program header table中有多少個條目，這裡有3個。

11.e_shentsize——Section header table中每一個條目（一個Section header）的大小，這裡值為0x28.

12.e_shnum——Section header table中有多少個條目，這裡有6個。

13.e_shstrndx——包含節名稱的字元串表是第幾個節（從零開始數）。這裡值為5，表示第5個節包含節名稱。

我們看到，Program header table在文件中的偏移量（e_phoff）為0x34，而ELF header大小（e_ehsize）也是0x34，可見ELF header後面緊接著就是Program header table。Program header數據結構如下：

typedef struct{
    Elf32_Word        p_type;
    Elf32_Off            p_offset;
    Elf32_Addr         p_vaddr;
    Elf32_Addr         p_paddr;
    Elf32_Word        p_filesz;
    Elf32_Word        p_memsz;
    Elf32_Word        p_flags;
    Elf32_Word        p_align;
}Elf32_Phdr;

實際上Program header描述的是系統準備程式運行所需的一個段或其他信息。程式頭表中共有三項（e_phnum=3），偏移分別是0x34~0x53、0x54~0x73和0x74~0x93.

1.p_type——當前Program header所描述的段的類型。

2.p_offset——段的第一個位元組在文件中的偏移。

3.p_vaddr——段的第一個位元組在記憶體中的虛擬地址。

4.p_paddr——在物理地址定位相關的系統中，此項是為物理地址保留。

5.p_filesz——段在文件中的長度。

6.p_memsz——段在記憶體中的長度。

7.p_flags——與段相關的標誌。

8.p_align——根據此項值來確定段在文件以及記憶體中如何對齊。

Program header描述的是一個段在文件中的位置、大小以及它被放進記憶體後所在的位置和大小。如果我們想把一個文件載入進記憶體的話，需要的正是這些信息。

在foobar中共有三個Program header，其取值如下表所示：

根據這些信息，我們很容易知道foobar在載入進記憶體之後的情形，如下圖：