UNIX/Linux可执行文件格式变迁：从a.out到ELF

本文将深入探讨UNIX/Linux平台上可执行文件格式的发展历程，从早期的a.out格式到COFF格式，再到更为先进的ELF文件格式。早期的a.out格式是UNIX系统的基础，但它随着操作系统和硬件的进步显得越来越不适应。a.out格式的主要局限在于其仅支持有限的段和对动态链接及C++程序的支持不足。 COFF格式在UNIX System VR3中引入，改进了a.out的结构，引入了节头表，使得文件能够包含更多类型的段，提高了文件的灵活性。然而，COFF在处理动态链接和C++程序时仍然存在问题。为解决这些问题，UNIX系统实验室开发了ELF（Executable and Linkable Format）文件格式，这是一个更为标准化的应用程序二进制接口，旨在取代a.out格式，提供更好的兼容性和性能。 ELF文件格式的关键特性包括多个可定位的段（如代码段、数据段、BSS段等），以及文件头部用于描述文件结构。它在Linux平台上的加载过程涉及以下几个步骤： 1. 内核首先读取ELF文件头部，确定可加载段并调用mmap()函数将内容映射到内存，利用现代操作系统和处理器的内存保护机制确保权限正确。 2. 内核识别出标记为PT_INTERP的段中的动态链接器名称，如/lib/ld-linux.so.2，并进行加载。 3. 在新进程的堆栈中设置标记-值对，指导动态链接器的操作。 4. 控制权交给动态链接器，它负责处理程序对外部共享库的依赖。 5. 动态链接器根据程序的需求，查找并加载所需的共享库，确保程序在运行时能够正确链接和初始化所有依赖项。 通过理解这些格式的变化和发展，开发者可以优化程序性能，提高代码的可移植性和维护性，同时对于安全领域的研究人员，如编写Shellcode时，也需要熟悉这些文件格式的细节，以便更好地利用和应对安全挑战。掌握不同可执行文件格式的原理对于理解和优化现代Linux系统至关重要。