ELF文件格式详解：构建嵌入式操作系统的基石

本文档深入探讨了ELF（Executable and Linkable Format）文件格式，这是一种在UNIX类操作系统中广泛应用的目标文件格式，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至关重要。ELF文件格式分析由北京大学信息科学技术学院操作系统实验室的滕启明教授于2003年5月完成，其研究背景是国家863计划软件重大专项的支持。 ELF文件格式标准包括SYSTEMV ABI和 LSB（Linux Standard Base），这两者提供了不同平台间兼容性的指导。文件结构主要包括ELFHEADER部分，节区（SECTIONS）、字符串表（STRINGTABLE）、符号表（SYMBOLTABLE）以及重定位信息等。ELFHEADER部分定义了整个文件的基本属性，如机器类型、版本、节区数量等。节区头部表格详细列出了各个节区的起始位置、大小和类型，而特殊节区则包含如符号表、重定位信息等关键数据。 符号表用于存储函数地址、全局变量和其他标识符的信息，其中st_info字段指示符号的性质，符号类型包括绝对、相对、外部引用等。特殊的节区索引用于处理未定义符号（STN_UNDEF），并定义了符号取值的计算方法。重定位信息则是为了在运行时根据目标机器的地址空间调整程序的指针，涉及到重定位表项和不同的重定位类型。 程序加载和动态链接是ELF文件的重要环节。程序头部（ProgramHeader）包含了程序的加载地址和所需内存区域，程序加载阶段会根据这些信息将可执行代码和数据映射到内存。动态链接则允许在运行时链接动态链接库，通过全局偏移表（GOT）和过程链接表（PLT）来解决符号引用。 这篇技术笔记详尽解析了ELF文件格式的各个方面，对于嵌入式操作系统开发者理解如何利用该格式进行高效、跨平台的软件构建与优化具有很高的参考价值。由于其对软件构件复用技术的探讨，该文档不仅适用于操作系统研究，也适用于软件工程和系统架构设计人员。