ELF可执行文件的结构详解

一、ELF文件是什么

ELF可以是目标文件、静态或者动态的链接文件、可执行文件。

前两种文件是中间文件，目标文件需要链接成为可执行文件或者链接文件，最终执行的只有可执行文件。

一个具有代码的源文件，经过预编译，编译，汇编之后得到了.o目标文件，通过将.o文件已经是具有实际机器指令的文件。

将所有的目标文件和静态库还有动态库一起链接起来，就得到了最终的可执行文件。

二、内存的基本构成

要了解ELF文件的构成，我们需要知道执行一个程序的内存是什么样的。

一个程序在运行过程中会占用：

• data数据段，存放全局变量和静态变量
• rodata只读数据段，存放不可被更改的只读数据
• stack栈，存放程序运行过程中的函数调用、返回地址、传递参数
• heap堆，动态申请的内存
• text代码段，存放着实际执行的指令代码，是只读的

根据这些我们可以知道，stack和heap是程序运行时才会使用到，那么elf文件中基本存储的就是data数据段，也就是全局变量和静态变量，以及执行的text代码段。

实际上，数据段在程序中被分成了两部分来存储分别是data和bss段。data段存储已经初始化的静态变量和全局变量，bss段存储没有初始化额静态变量和全局变量。如果是被初始化为0的静态变量或者全局变量也会被存放到bss段。为什么会专门分成data和bss两部分呢？

对data段来说每一个变量都需要有一个值，而bss段中则不需要，只需要记录变量本身的长度，在操作系统加载程序时才会将这些bss段的变量初始化为0，节省了elf文件的空间。

三、ELF实际组成

• ELF头：

  包含了elf文件的总体信息，包括文件的类型（可执行文件、目标文件、链接库），目标机器的架构，程序入口点的位置等等基础信息。

• ProgramHeaderTable

  程序头表描述了程序在内存中的布局，也就是描述了各个段的大小、内存位置等等信息，在加载这个elf文件时根据程序头表将elf文件中的段加载到内存的各个位置。

• SectionHeaderTable

  段表描述了各个段在整个文件中的布局，包括**.code、.data、.bss还有符号表**等等，每一个段都有自己的属性，在文件中的偏移地址。

• 实际数据

  这部分就是在上面的段表中描述的各个段的实际数据。

生成静态链接库和动态链接库

1. 静态链接库

• 将.c文件编译成目标文件.o

  gcc -c myfunc.c

• 将.o目标文件变成静态链接库

  ar rcs libmyfunc.a myfunc.o

  在这里，一个静态链接库的名称为了符合规范，尽可能写成lib[name].a的形式。

• 编译源文件时将静态链接库链接在一起

  gcc test.c -L. -lmyfunc -o test

  在这里，-L指示库文件的位置，-l指示静态链接库的名字，不包含lib和.a的中间那部分。

• 这样就生成了最终的可执行文件。

2. 动态链接库

• 同样的将.c文件编译成.o

  gcc -c myfunc.c

• 将.o文件变成动态链接库

  gcc -shared -o libmyfunc.so myfunc.o

• 将动态链接库和源文件链接在一起

  gcc test.c -L. -lmyfunc -o test

• 定义动态链接库的环境变量

  export LD_LIBRARY_PATH=.