怎样静态分析elf可执行文件中有哪些系统调用

时间: 2023-12-02 18:23:47 浏览: 137

Linux系统下的ELF文件分析

### Linux系统下的ELF文件分析 #### 1. 引言随着Linux系统的不断发展与普及，**可执行和可链接格式（Executable and Linkable Format，简称ELF）**已成为Linux系统下极其重要的可执行文件格式之一。作为一种标准化的可移植目标文件格式，ELF不仅被广泛应用于多种操作系统环境，还因其高度的灵活性和强大的功能特性，在程序开发、系统管理等领域占据着举足轻重的地位。 #### 2. ELF文件格式 ##### 2.1 ELF文件的类型 ELF文件主要可以分为三种类型： 1. **可重定位文件**：这类文件包含了代码和数据，主要用于与其他ELF文件结合，构建一个可执行文件或共享库。 2. **可执行文件**：可以直接运行的程序文件，它包含了所有必要的代码和数据，能够独立执行。 3. **共享目标文件**：这类文件同样包含了代码和数据，具有双重用途：一方面，连接器可以将它们与其他可重定位文件和共享文件一起处理，构建新的ELF文件；另一方面，动态链接器可以将它们与可执行文件和其他共享文件结合，创建进程映像。 ##### 2.2 ELF文件的组织结构 ELF文件的组织结构可以从两个不同的角度来理解： - **编译器和链接器视角**：它们将ELF文件视为由节头表（Section Header Table）描述的一系列“节”（Section）的集合。这些节包含了各种类型的代码和数据信息。 - **加载器视角**：加载器将ELF文件视为由程序头表（Program Header Table）描述的一系列“段”（Segment）的集合。每个段可以包含一个或多个节，这样的结构更有利于程序的加载和执行。 ##### 2.3 文件头（EIHF头） ELF头位于程序的起始位置，用于描述整个ELF文件的基本结构，其信息大致可以分为以下几个部分： 1. **系统相关信息**：包括ELF文件魔数（用于标识ELF文件）、平台位数、数据编码方式、ELF头部版本、硬件平台（例如x86_64）、目标文件版本等。这些信息确保了ELF文件的跨平台兼容性，支持了交叉编译的应用场景。 2. **目标文件类型**：通过`e_type`字段表示，例如`ET_REL`表示可重定位文件，`ET_EXEC`表示可执行文件，`ET_DYN`表示共享目标文件。 3. **加载相关信息**：例如程序入口点（`e_entry`），程序头表的偏移量（`e_phoff`），ELF头部长度（`e_ehsize`），程序头表中一个条目的长度（`e_phentsize`），程序头表条目数量（`e_phnum`）等。 4. **链接相关信息**：如节头表的偏移量（`e_shoff`），节头表中一个条目的长度（`e_shentsize`），节头表条目个数（`e_shnum`），节头表字符索引（`e_shstrndx`）。通过命令`readelf -h filename`可以查看具体文件头的内容。ELF32文件头的数据结构定义如下： ```c typedef struct elf32_hdr { unsigned char e_ident[16]; // 魔数和标识信息 Elf32_Half e_type; // 目标文件类型 Elf32_Half e_machine; // 目标平台 Elf32_Word e_version; // 文件版本 Elf32_Addr e_entry; // 程序入口点 Elf32_Off e_phoff; // 程序头表偏移量 Elf32_Off e_shoff; // 节头表偏移量 Elf32_Word e_flags; // 特定于平台的标志 Elf32_Half e_ehsize; // ELF头部大小 Elf32_Half e_phentsize; // 程序头表中一个条目的大小 Elf32_Half e_phnum; // 程序头表条目数 Elf32_Half e_shentsize; // 节头表中一个条目的大小 Elf32_Half e_shnum; // 节头表条目数 Elf32_Half e_shstrndx; // 节名字符串表索引 } Elf32_Ehdr; ``` ##### 2.4 程序头表（Program Header Table）程序头表提供了从加载执行的角度来看待ELF文件的信息，它描述了ELF文件如何被分割成多个段，以及每个段的属性。这些属性包括： - 段的类型（`p_type`） - 段在文件中的起始位置偏移量（`p_offset`） - 段的虚拟地址（`p_vaddr`） - 段的物理地址（`p_paddr`） - 段在文件映像中的字节数（`p_filesz`） - 段在内存映像中的字节数（`p_memsz`） - 段的权限（`p_flags`） - 段在内存中的对齐标记（`p_align`）使用`readelf -l filename`可以查看程序头表的具体内容。ELF32程序头表的数据结构定义如下： ```c typedef struct elf32_phdr { Elf32_Word p_type; // 段类型 Elf32_Off p_offset; // 段在文件中的起始位置偏移量 Elf32_Addr p_vaddr; // 段的虚拟地址 Elf32_Addr p_paddr; // 段的物理地址 Elf32_Word p_filesz; // 段在文件映像中的字节数 Elf32_Word p_memsz; // 段在内存映像中的字节数 Elf32_Word p_flags; // 段的权限 Elf32_Word p_align; // 段在内存中的对齐标记 } Elf32_Phdr; ``` ##### 2.5 节头表（Section Header Table）节头表描述了ELF文件中的各个节的细节，每个节都有相应的属性，包括名称、类型、地址等。通过节头表，编译器和链接器可以获取到文件中的特定节，如文本节（`.text`）、数据节（`.data`）等。节头表对于链接过程至关重要，因为它包含了构建最终可执行文件所需的所有必要信息。节头表的数据结构通常包括： - 节的名称索引（`sh_name`） - 节的类型（`sh_type`） - 节的标志（`sh_flags`） - 节的地址（`sh_addr`） - 节的偏移量（`sh_offset`） - 节的大小（`sh_size`） - 节的链接（`sh_link`） - 节的信息（`sh_info`） - 节的对齐（`sh_addralign`） - 节的填充单位大小（`sh_entsize`）通过`readelf -S filename`可以查看节头表的具体内容。 ### 结论通过对ELF文件格式的深入解析，我们可以更好地理解Linux系统中程序的编译、链接以及执行过程。ELF文件格式的设计充分考虑了跨平台兼容性和程序执行效率的需求，是现代操作系统中不可或缺的一部分。掌握ELF文件格式对于软件开发者来说尤为重要，不仅可以帮助解决实际开发中遇到的各种问题，还能进一步提升对底层系统机制的理解。

可以使用工具 `strace` 来静态分析 ELF 可执行文件中有哪些系统调用。`strace` 可以追踪一个进程执行的系统调用和信号。具体步骤如下： 1. 安装 `strace` 工具。在 Ubuntu 系统中，可以使用以下命令安装： ``` sudo apt-get install strace ``` 2. 使用 `strace` 命令追踪 ELF 可执行文件的系统调用。例如，下面的命令将追踪名为 `myprogram` 的可执行文件的系统调用： ``` strace ./myprogram ``` 这个命令将输出 `myprogram` 运行时调用的所有系统调用及其参数和返回值。 3. 可以通过过滤 `strace` 的输出来查找特定的系统调用。例如，以下命令将过滤掉 `strace` 输出中除 `open` 系统调用外的所有内容： ``` strace -e trace=open ./myprogram ``` 这个命令将只输出 `myprogram` 运行时的 `open` 系统调用及其参数和返回值。通过使用 `strace` 工具，你可以很方便地分析 ELF 可执行文件中的系统调用。

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