深入解析ELF文件格式：目标文件与软件构件的基石

本文深入剖析了ELF（Executable and Linkable Format）文件格式，一种广泛应用于UNIX类操作系统中的目标文件格式，特别是在嵌入式操作系统的开发中。作者北京大学信息科学技术学院操作系统实验室的滕启明在2003年5月的研究工作中，针对降低嵌入式操作系统开发成本和周期，探讨了基于构件的软件开发策略，其中ELF文件格式的分析是关键环节。 ELF文件格式标准包括SYSTEMV ABI（Application Binary Interface）和 LSB（Linux Standard Base），这两种标准为不同平台间的兼容性提供了基础。在ELF文件结构中，首先有ELF Header部分，包含了文件类型、版本、机器类型等核心元数据。接着是节区（SECTIONS），用于存储程序的不同部分，如代码、数据和初始化数据，每个节区都有其头部信息，描述了节的属性和位置。 节区头部表格列出了所有节的信息，节区头部详细说明了每个节的名称、类型、起始地址和大小。特殊节区如符号表（SYMBOL TABLE）用于存储函数名、变量名等符号的定义和引用，符号表中的st_info字段包含符号的类型和访问权限等信息。另外，还有重定位信息，包括重定位表项和重定位类型，这些对于动态链接至关重要。 程序头部（ProgramHeader）和全局偏移表（GOT）、过程链接表（PLT）是程序加载和动态链接过程中的关键组成部分。程序头部描述了如何将节映射到内存，而GOT和PLT则在运行时处理动态链接函数调用，通过查找对应的库函数地址。 本文通过结合一个简单的C语言程序的编译和链接过程，详细展示了ELF文件是如何组织和使用的。整体上，这项研究旨在理解二进制级软件构件的静态和动态组装技术，为基于构件的嵌入式操作系统开发提供理论支持。由于该报告仅限于内部交流，未经北京大学软件研究所授权，外部用户不得擅自使用。