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第三章-目标文件格式

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俞甲子等，《程序员的自我修养——链接、装载与库》，北京：电子工业出版社，2009年6月第2版。

不放过任何一个字节。

利用工具：gcc、readelf、objdump、size，cl

strace ./run跟踪程序的运行

objdump

1
2
3
4
 objdump -j .got -h add.so  看一下.got的段信息.
-s 将段的内容以16进制打印
-d 将所有包含指令的段反汇编
- h 展示区块头的信息

gcc命令

1
2
3
4
-E 预处理、
-S 编译、
-c 汇编、
-o 链接

readelf

1
-hlS

3.1 目标文件的格式

目标文件：源代码编译后但还未链接的那些中间文件（.o或者.obj）

静态链接库：把很多目标文件捆绑形成一个文件，再加上一些索引，可以简单理解为一个包含很多目标文件的文件包。

1
2
file xxx.so
x86_64,version 1(SYSV)

表明该文件的兼容性，采用了Unix System V的格式规范，即COFF文件。

注：Unix最早的可执行文件格式为a.out，无法应对共享库等概念，所以设计了COFF来解决它。

COFF的贡献：目标文件里引入了段机制，不同文件可以有不同数量和不同类型的段(Section节或者Segment段)；定义了调试数据格式。

1684805407488

3.2为什么分段

指令和数据分段的好处：

1、给程序指令区域单独设置可读权限，防止程序被改写。

2、利用局部性原理提高缓存的命中率。现代CPU缓存也设计成数据缓存和指令缓存分离。

3、在内存中有多个程序副本时，通过内存共享，节省内存空间。只读数据（指令；图像、文本资源）可以共享；而每个副本进程的数据区域不一样，是进程私有的，属于Private Bytes。

1684807383776

如图所示，Win7的exploer.exe在运行中，此刻占据的总虚存为338 740KB，它的私有数据部分占了51 360 KB，即共享部分数据占了287 380KB，也就是280多MB的空间，极大的节省了内存空间。

3.3 段概述

ELF Header，描述整个文件的文件属性，包括文件是否可执行、是静态链接还是动态链接还是可执行文件（给出入口地址)、目标硬件和目标操作系统，还包括一个段表 Section Table：一个描述各个段在文件中偏移位置及段的属性的数组。
| | |
| ————————- | —————————————————————————————— |
| .bss | 为节省存储空间，只记录未初始化数据预留的空间大小，而不存储其内容，因为其默认全部为0. |
| .data | 初始化的全局变量和局部静态变量 |
| .text、.code | 代码段 |
| .rodata、.rodata1 | 只读数据段，比如字符串常量、全局const变量 |
| .comment | 存放编译器版本信息，比如字符串：”GCC:(GNU) 4.2.0” |
| .note | 额外的编译器信息，程序公司名、发布版本号等 |
| .debug | 调试信息 |
| .line | 调试时的行号表，源代码行号与编译后指令的对应表 |
| .eh_frame | 存储异常处理框架（Exception Handling Frame）的相关信息。包括异常处理函数的调用关系、异常处理函数的地址、堆栈展开信息等。 |
| SHT | 表示 “Section Header Table |

1684811465144

其他段 .got和.plt

.dynamic 动态链接信息
.hash 符号哈希表
.strtab String Table，字符串表
.symtab Symbol Table，符号表
.shstrtab Section Header String table,段名表，集中管理段名称。不存储用户自定义的字符串，而是存储与 ELF 文件结构相关的字符串
.plt\.got (Procedure Linkage Table,过程链接表)，是动态链接的跳转表，用于延时加载； 全局入口表 Global Offset Table
.init,.fini 程序初始化与终结代码段

.表示这些段名由系统保留，应用程序自定义段名不能加.，否则容易跟系统保留段名冲突。

一个elf文件中可以有多个.text的段。

一些已遗弃的段名：.sdata、.tdata、.sbss .lit4 .lit8 .reginfo .gptab .liblist .conflict

再看动态链接中的PLT和GOT - 读懂原理与细节

BSS段

Block Started by Symbol Table ，最初是美航符号汇编程序（1950s）的一个伪指令，被IBM保留并引用到Fortran 汇编器，用于定义符号并且为该符号预留给定数量的未初始化内存空间。

因为bss段没有内容，所以它在文件中不占据空间；但是，程序运行时，要占内存空间。

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借助size命令，查看代码段和数据段长度。

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借助objdump查看各段基本信息，-x查看详细信息。

1684810503471

1
2
VMA Virtual Memory Address 运行地址，PC指针所指，程序真正运行的地址空间
LMA Load Memory Address 加载地址，程序实际存储的地址空间，大部分时候LMA=VMA。

解释：一个初始化的全局变量+一个初始化的局部静态变量，所以.data的Size为8；同理，.bss大小为8；因为两个printf里共有13+4共17个字符（每个字符串尾还有一个\0），所以这里的rodata大小为0x11.

各个段属性的第二行中，CONTENTS表示该段在文件中存在，可以看到BSS段没有CONTENTS，它在ELF文件中不存在内容。

测试

1
static int x1=0;//则x1应该放入.bss段里，因为未初始化的值就是0，放入.bss可以节省空间。

3.5 链接的接口-符号

链接如同拼积木，目标文件B引用A中定义的函数和变量，需要其具备独特的名字。

链接过程中，我们将函数和变量称为符号；其名称称为符号名。