Linux ELF格式详解：对象文件与动态链接关键解析

ELF（Executable and Linkable Format）是一种由Linux系统广泛采用的可执行文件和动态链接格式，它定义了二进制程序文件的结构，以便在不同的处理器架构上进行加载、链接和运行。这个格式被用于编译器产生的目标代码以及链接器的操作，比如objdump和readelf等工具就是基于ELF格式进行工作的。 **1. ELF Header** ELF Header是每个ELF文件的首部，包含了关于文件类型、机器类型、数据对齐方式、节表大小等关键信息。它位于文件的固定位置，如图1-3所示，包括标识符、版本号、节表指针、头部大小、标志、入口点地址、程序头表指针、操作系统ABI标识符、abi版本、栈指针调整值、链接器运行时数据区地址、已加载段表的大小等字段，这些数据对程序的定位、链接和执行至关重要。 **2. Sections (节)** Sections是文件中的逻辑区域，它们可以包含代码、数据、调试信息等多种内容。Section Header Table (SH)列出了所有section的信息，如名称、类型、内存和磁盘位置、链接属性等，如图1-9和1-10所示。每种section类型有特定的用途，例如.text表示代码区，.data表示初始化数据区，.bss表示未初始化的数据区。 **3. String Table** 字符串表（String Table）存储了程序中使用的非ASCII字符的编码，便于搜索和处理。图1-16和1-17分别展示了两种数据编码格式，分别是ELF_DATA_2LSB和ELF_DATA_2MSB，根据目标机器的字节顺序选择适当的格式。 **4. Symbol Table (符号表)** 符号表记录了程序中的全局变量、函数名、标签等信息，是动态链接的关键部分。它有助于动态链接器找到正确的函数地址和数据地址，如图1-17所示，包含符号的名字、类型、值、大小、段索引和类型信息。 **5. Relocations (重定位)** 重定位项定义了程序如何在运行时将符号表中的地址与实际加载位置关联起来。当程序被动态链接到共享库时，这些项指示链接器如何调整指令的地址，确保代码的正确执行，如图1-21所示。 **6. Program Loading and Dynamic Linking** 这部分讲述了如何加载和动态链接ELF程序。Program Header描述了程序段在内存中的布局，如代码段、数据段、堆和栈等。动态链接涉及到动态加载共享库、符号解析、符号版本管理等功能，确保程序在运行时能正确地引用其他库中的函数。 **7. C Library (C语言库)** C Library是许多ELF程序的基础，它提供了一套函数接口供应用程序调用。链接器在加载程序时会查找并链接相应的C库，以确保程序功能的实现。 ELF格式是现代操作系统中的重要组成部分，它定义了二进制程序文件的组织结构，使得跨平台的可移植性和兼容性得以实现。通过理解ELF的各个组件，开发者可以更深入地掌握程序的构建和运行过程，从而优化性能和提升开发效率。