Linux下ELF文件类型分为以下几种：

1、可重定位文件，比如SimpleSection.o；

2、可运行文件，比如/bin/bash。

3、共享目标文件，比如/lib/libc.so。

在Linux 可重定位文件 ELF结构一文中，我们已经分析了可重定位文件ELF结构。

本文分析可运行文件的ELF结构。

首先附上源码：

SectionMapping.c

#include <stdlib.h>

int main()

{

	while(1)

	{

		sleep(1000);

	}

	return 0;

}

使用命令gcc -static SectionMapping.c -o SectionMapping.elf。静态链接为可运行文件。

接着使用命令readelf -S SectionMapping.elf得到Section Table。例如以下：

There are 33 section headers, starting at offset 0xc3878:

Section Headers:

  [Nr] Name              Type             Address           Offset

       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align

  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000

       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0

  [ 1] .note.ABI-tag     NOTE             0000000000400190  00000190

       0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     4

  [ 2] .note.gnu.build-i NOTE             00000000004001b0  000001b0

       0000000000000024  0000000000000000   A       0     0     4

  [ 3] .rela.plt         RELA             00000000004001d8  000001d8

       0000000000000120  0000000000000018   A       0     5     8

  [ 4] .init             PROGBITS         00000000004002f8  000002f8

       0000000000000018  0000000000000000  AX       0     0     4

  [ 5] .plt              PROGBITS         0000000000400310  00000310

       00000000000000c0  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 6] .text             PROGBITS         00000000004003d0  000003d0

       0000000000094988  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 7] __libc_thread_fre PROGBITS         0000000000494d60  00094d60

       00000000000000a8  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 8] __libc_freeres_fn PROGBITS         0000000000494e10  00094e10

       000000000000181c  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 9] .fini             PROGBITS         000000000049662c  0009662c

       000000000000000e  0000000000000000  AX       0     0     4

  [10] .rodata           PROGBITS         0000000000496640  00096640

       000000000001d344  0000000000000000   A       0     0     32

  [11] __libc_thread_sub PROGBITS         00000000004b3988  000b3988

       0000000000000008  0000000000000000   A       0     0     8

  [12] __libc_subfreeres PROGBITS         00000000004b3990  000b3990

       0000000000000058  0000000000000000   A       0     0     8

  [13] __libc_atexit     PROGBITS         00000000004b39e8  000b39e8

       0000000000000008  0000000000000000   A       0     0     8

  [14] .eh_frame         PROGBITS         00000000004b39f0  000b39f0

       000000000000d4c4  0000000000000000   A       0     0     8

  [15] .gcc_except_table PROGBITS         00000000004c0eb4  000c0eb4

       0000000000000172  0000000000000000   A       0     0     1

  [16] .tdata            PROGBITS         00000000006c1ef0  000c1ef0

       0000000000000020  0000000000000000 WAT       0     0     16

  [17] .tbss             NOBITS           00000000006c1f10  000c1f10

       0000000000000038  0000000000000000 WAT       0     0     16

  [18] .init_array       INIT_ARRAY       00000000006c1f10  000c1f10

       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8

  [19] .fini_array       FINI_ARRAY       00000000006c1f18  000c1f18

       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8

  [20] .ctors            PROGBITS         00000000006c1f20  000c1f20

       0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8

  [21] .dtors            PROGBITS         00000000006c1f30  000c1f30

       0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8

  [22] .jcr              PROGBITS         00000000006c1f40  000c1f40

       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8

  [23] .data.rel.ro      PROGBITS         00000000006c1f50  000c1f50

       0000000000000080  0000000000000000  WA       0     0     16

  [24] .got              PROGBITS         00000000006c1fd0  000c1fd0

       0000000000000010  0000000000000008  WA       0     0     8

  [25] .got.plt          PROGBITS         00000000006c1fe8  000c1fe8

       0000000000000078  0000000000000008  WA       0     0     8

  [26] .data             PROGBITS         00000000006c2060  000c2060

       0000000000001690  0000000000000000  WA       0     0     32

  [27] .bss              NOBITS           00000000006c3700  000c36f0

       0000000000002ba8  0000000000000000  WA       0     0     32

  [28] __libc_freeres_pt NOBITS           00000000006c62b0  000c36f0

       0000000000000048  0000000000000000  WA       0     0     16

  [29] .comment          PROGBITS         0000000000000000  000c36f0

       000000000000002a  0000000000000001  MS       0     0     1

  [30] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  000c371a

       000000000000015b  0000000000000000           0     0     1

  [31] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  000c40b8

       000000000000c168  0000000000000018          32   870     8

  [32] .strtab           STRTAB           0000000000000000  000d0220

       0000000000007a26  0000000000000000           0     0     1

表 1

这个可运行文件共同拥有33个Section。

接着我们使用readelf -h SectionMapping.elf。读取elf可运行文件头部信息。

例如以下图：

图 1

能够对照，Linux 可重定位文件 ELF结构，这里多了program header。

Entry point address：程序的入口地址是0x401058，使用objdump -d SectionMapping.elf | less，能够查看到程序的入口地址是<_start>。

例如以下图：

图 2

Start of program headers：program headers的偏移。由于头文件大小为64，所以program headers紧挨着头文件存放。

Size of program headers：program headers的大小。为56个字节。

Number of section headers：program headers的数量。

为6个。

在表1中。第一个section在文件里的偏移是0x190。头文件大小为64 + program header大小为56 * program header数量6 = 400 = 0x190。

然后，我们使用命令readelf -l SectionMapping.elf。我们会得到program header部分。例如以下图：

图  3

从图中可见，分为6个Segment。

注意表1中每一个段叫Section。

Offset：这个Segment在文件里偏移。

VirtAddr：这个Segment在虚拟地址的偏移。

FileSiz：在ELF文件里所占的长度。

MemSiz：在进程虚拟空间所占的长度。

我们发现第二个Segment，MemSiz > FileSiz，表示在内存中分配的空间大小超过文件实际大小。

超过的部分所有初始化为0。作为BSS段。由于数据段和BSS段的唯一差别是，数据段从文件里初始化内容，BSS段内容所有初始化为0。

我们主要关心前两个Segment。第一个是代码段，虚拟地址从0x00400000到0x004c1026。文件偏移从0x00000000到0x000c1026。

第二个是数据段。虚拟地址为从0x006c1ef0到0x006c1ef0+0x4408=0x6c62f8。

文件偏移从0x000c1ef0到0x000c1ef0+0x1800=0x000C36f0。

结合表1和两个Segment的文件偏移。能够得出：

第一个Segment从第0个Section到第15个Section。（0x00000000-0x000c1026）

  [Nr] Name              Type             Address           Offset

       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align

  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000

       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0

  [ 1] .note.ABI-tag     NOTE             0000000000400190  00000190

       0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     4

  [ 2] .note.gnu.build-i NOTE             00000000004001b0  000001b0

       0000000000000024  0000000000000000   A       0     0     4

  [ 3] .rela.plt         RELA             00000000004001d8  000001d8

       0000000000000120  0000000000000018   A       0     5     8

  [ 4] .init             PROGBITS         00000000004002f8  000002f8

       0000000000000018  0000000000000000  AX       0     0     4

  [ 5] .plt              PROGBITS         0000000000400310  00000310

       00000000000000c0  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 6] .text             PROGBITS         00000000004003d0  000003d0

       0000000000094988  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 7] __libc_thread_fre PROGBITS         0000000000494d60  00094d60

       00000000000000a8  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 8] __libc_freeres_fn PROGBITS         0000000000494e10  00094e10

       000000000000181c  0000000000000000  AX       0     0     16

  [ 9] .fini             PROGBITS         000000000049662c  0009662c

       000000000000000e  0000000000000000  AX       0     0     4

  [10] .rodata           PROGBITS         0000000000496640  00096640

       000000000001d344  0000000000000000   A       0     0     32

  [11] __libc_thread_sub PROGBITS         00000000004b3988  000b3988

       0000000000000008  0000000000000000   A       0     0     8

  [12] __libc_subfreeres PROGBITS         00000000004b3990  000b3990

       0000000000000058  0000000000000000   A       0     0     8

  [13] __libc_atexit     PROGBITS         00000000004b39e8  000b39e8

       0000000000000008  0000000000000000   A       0     0     8

  [14] .eh_frame         PROGBITS         00000000004b39f0  000b39f0

       000000000000d4c4  0000000000000000   A       0     0     8

  [15] .gcc_except_table PROGBITS         00000000004c0eb4  000c0eb4

       0000000000000172  0000000000000000   A       0     0     1

第二个Segment从第16个Section到26个Section。

（0x000c1ef0-0x000C36f0）

  [16] .tdata            PROGBITS         00000000006c1ef0  000c1ef0

       0000000000000020  0000000000000000 WAT       0     0     16

  [17] .tbss             NOBITS           00000000006c1f10  000c1f10

       0000000000000038  0000000000000000 WAT       0     0     16

  [18] .init_array       INIT_ARRAY       00000000006c1f10  000c1f10

       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8

  [19] .fini_array       FINI_ARRAY       00000000006c1f18  000c1f18

       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8

  [20] .ctors            PROGBITS         00000000006c1f20  000c1f20

       0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8

  [21] .dtors            PROGBITS         00000000006c1f30  000c1f30

       0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8

  [22] .jcr              PROGBITS         00000000006c1f40  000c1f40

       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8

  [23] .data.rel.ro      PROGBITS         00000000006c1f50  000c1f50

       0000000000000080  0000000000000000  WA       0     0     16

  [24] .got              PROGBITS         00000000006c1fd0  000c1fd0

       0000000000000010  0000000000000008  WA       0     0     8

  [25] .got.plt          PROGBITS         00000000006c1fe8  000c1fe8

       0000000000000078  0000000000000008  WA       0     0     8

  [26] .data             PROGBITS         00000000006c2060  000c2060

       0000000000001690  0000000000000000  WA       0     0     32

以上分析的都是静态状态下的程序，以下我们看看动态下的进程的空间是怎么分配的。

首先使用命令， ./SectionMapping.elf &，输出例如以下：

然后使用命令：cat /proc/2184/maps，输出例如以下：

图 4

静态时。我们计算出的两个Segment的虚拟空间的偏移分别为：

第一个是代码段。虚拟地址从0x00400000到0x004c1026。

在图4中，由于要页面对齐，所以分配了0x400000到0x4c2000。

第二个是数据段，虚拟地址为从0x006c1ef0到0x006c1ef0+0x4408=0x6c62f8。在图4中。由于要页面对齐，所以分配了0x6c1000到0x6c4000。注意。0x6c62f8大于0x6c4000。详细原因以后再分析。

第三个紧接着是堆。用于动态分配内存。

第四个是栈。用于存放局部变量。

总体的结构例如以下图：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvamx0eGdjeQ==/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="" />

程序运行的过程：建立虚拟空间（分配一个页文件夹）-> 建立虚拟空间与可运行文件映射（页文件夹项指向磁盘的程序） -> 跳到程序入口 -> 缺页异常-> 在内存中寻找空暇页。将相应的页换入 -> 建立映射 -> 開始运行。

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