ELF 文件格式

ELF（Executable and Linking Format，可执行连接格式）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。工具接口标准委员会（TIS）选择了正在发展中的ELF标准作为工作在32位Intel体系上不同操作系统之间可移植的二进制文件格式。如果开发者定义了一个二进制接口集合，ELF标准用它来支持流线型的软件发展。 应该减少不同执行接口的数量，因此就可以减少由于重新编程所需要重新编译的代码。

在Linux下开发程序可以使用ELF格式作为可执行程序、库以及程序生成过程的中间文件。这与ELF文件格式包括三种主要的类型对应。

• 可执行文件（应用程序）：可执行文件包含了代码和数据，是可以执行的程序。

• 可重定向文件（*.o）：可重定向文件包含了代码和数据（它们是和其他重定位文件和共享的object文件一起连接时使用的）。

• 共享object文件（*.so）：包含了代码和数据，它们是在连接时被连接器ld和运行时动态连接器使用的。动态连接器可能称为ld.so.1，libc.so.1 或者 ld-linux.so.1。

object文件参与程序的连接（创建一个程序）和程序的执行（运行一个程序）。object 文件格式提供了一个方便有效的方法，以并行的视角看待文件的内容， 在它们的活动中，反映出不同的需要。

一个ELF头在文件的开始，保存了路线图（road map），描述了该文件的组织情况。 sections保存着object 文件的信息，从连接角度看：包括指令、数据、符号表、重定位信息等。

程序头部表（program header table）告诉系统如何建立一个进程映像．它是从加载执行的角度来看待ELF文件的。从它的角度看，ELF文件被分成许多段，ELF文件中的代码、连接信息和注释都以段的形式存放。如果一个程序头部表存在，那么它告诉系统如何来创建一个进程的内存映像。被用来建立进程映像（执行一个程序）的文件必须要有一个程序头部表；可重定位文件不需要这个头部表。

节头部表（section header table）包含了描述文件sections的信息。每个section在这个表中有一个入口；每个入口给出了该section的名字、大小等信息。在连接过程中的文件必须有一个节头部表；其他object文件可要可不要这个节头部表。



一个ELF文件从连接器（linker）的角度看，是一些节（sections）的集合；从程序装载器（loader）的角度看，它是一些段（segments）的集合。ELF格式的程序和共享库具有相同的结构，只是段的集合和节的集合上有些不同。

ELF格式文件中的各个节区如下所示。

•   .text：包含程序的可执行指令。

•   .rodata和.rodata1：只读数据，这些数据通常参与进程映像的不可写段。

•   .data和.data1：初始化了的数据（可写），将出现在程序的内存映像中。

•   .bss：包含将出现在程序的内存映像中的未初始化数据。根据定义，当程序开始执行时，系统将把这些数据初始化为 0。此节区不占用文件空间。

•   .init：可执行指令，是进程初始化代码的一部分。当程序开始执行时，系统要在开始调用主程序入口之前执行这些代码。

•   .fini：此节区包含了可执行的指令，是进程终止代码的一部分。程序正常退出时执行这里的代码。

•   .relaname和.relaname：重定位的信息。如果文件中包含可加载的段，段中有重定位内容，则需要在执行过程中占用内存。

•   .got和.plt：全局偏移表和过程连接表。

•   .dynamic：动态连接信息。

•   .comment和.debug：版本控制信息和调试的信息。

•   .dynstr：动态连接的字符串，大多数情况下这些字符串代表了与符号表项相关的名称。

•   .hash：一个符号哈希表。

•   .interp：程序解释器的路径名。

•   .line和.note：分别表示符号调试的行号信息和注释信息。

•   .shstrtab：节区名称。

•   .strtab：字符串，通常代表与符号表项相关的名称。

•   .symtab：符号表，如果文件中包含一个可加载的段，则包含此节。

凡是以“.”开头的节区是系统保留的，目标文件中还可以使用自定义的节区，各个体系结构和编译器也可以自定义节区。

ELF格式的文件还使用进程环境中名为 LD_LIBRARY_PATH 的变量，表示连接所使用的连接库的各个路径。其中包含若干用“:”分隔的路径名，以“;”为结尾。

PIC表示“与位置无关的代码”（position-independent code），是ELF支持的特殊格式的代码。在gcc编译的时候，可以使用-fPIC指示GNU编译系统生成PIC代码。PIC是实现共享库或共享可执行代码的基础。这种代码的特殊性在于它可以加载到内存地址空间的任何地址执行。这也让加载器可以很方便地在进程中动态连接共享库。

GOT表示“全局偏移量表”，（global offset table），表示代码段中任何指令和数据段中的任何变量之间的距离，都是一个与代码段和数据段的绝对存储器位置无关的常量。因此，编译器在数据段开始的地方创建了一个GOT表。GOT包含每个被这个目标模块引用的全局数据目标的表目。编译器还为GOT中每个表目生成一个重定位记录。在加载时，动态连接器会重定位GOT中的每个表目，使得它包含正确的绝对地址。PIC在代码中实现通过GOT间接地引用每个全局变量。