北京大学研究：ELF文件格式与嵌入式操作系统软件构件

本文档深入剖析了ELF（Executable and Linkable Format）文件格式，由北京大学信息科学技术学院操作系统实验室于2003年5月发布。ELF是UNIX类操作系统中广泛采用的目标文件格式，对于理解操作系统中二进制级软件构件的静态和动态组装技术具有重要意义。作者通过技术笔记的形式，对ELF文件格式进行了详细讲解。 ELF文件格式是Linux和其他类UNIX系统的核心组成部分，它支持多种处理器架构，包括x86、ARM等。该文档首先介绍了ELF的基本概念，包括目标文件中的数据表示，如常量、变量、代码段等如何在文件中组织。接着，重点解析了ELFHEADER部分，它是每个ELF文件的头，包含了文件类型、版本、机器类型等关键信息。 节区（SECTIONS）是ELF文件中的重要组成部分，用于定义程序的不同部分，如代码、数据、栈和全局变量等。节区头部表格记录了每个节区的信息，如地址、大小、类型等。特殊节区如字符串表（STRINGTABLE）和符号表（SYMBOLTABLE）则存储了可执行文件中的字符串和函数名等符号引用信息，以及它们在内存中的位置。 符号表中的st_info字段解释了符号的作用和类型，包括全局变量、函数、绝对地址和相对地址等。此外，文档还讨论了STN_UNDEF符号，表示未定义的符号，以及符号取值的具体计算方式。重定位信息是动态链接的关键，它描述了如何根据实际目标地址调整指令中的符号引用，以实现程序的动态链接。 程序加载和动态链接部分阐述了如何通过程序头部（ProgramHeader）来指定程序的入口点，以及如何通过程序加载和动态链接阶段将可执行文件与库函数连接起来。其中，全局偏移表（GOT）用于存储函数地址的临时值，直到动态链接时被替换为实际地址；过程链接表（PLT）则用于间接调用函数，确保了在链接阶段的灵活性。 总结来说，这份文档提供了深入的ELF文件格式分析，涵盖了其结构、数据组织、链接机制等多个方面，对理解嵌入式操作系统的开发，特别是采用基于构件的方法进行软件复用和技术复用具有重要价值。对于从事Linux开发、嵌入式系统或操作系统研究的人员来说，这是一份不可多得的参考资料。