操作系统开发系列—11.ELF格式 ●

ELF文件的结构如下图所示：

ELF文件由4部分组成，分别是ELF头（ELF header）、程序头表（Program header table）、节（Sections）和节头表（Section header table）。

实际上，一个文件中不一定包含全部这些内容，而且它们的位置也未必如上图所示这样安排，只有ELF头的位置是固定的，其余各部分的位置、大小等信息由ELF头中的各项值来决定。

ELF header的格式如下代码所示：

#define EI_NIDENT  16

typedef struct{
    unsigned char    e_ident[EI_NIDENT];
    Elf32_Half          e_type;
    Elf32_Half          e_machine;
    Elf32_word        e_version;
    Elf32_Addr         e_entry;
    Elf32_Off           e_phoff;
    Elf32_Off           e_shoff;
    Elf32_Word        e_flags;
    Elf32_Haif          e_ehsize;
    Elf32_Haif          e_phentsize;
    Elf32_Haif          e_phnum;
    Elf32_Haif          e_shentsize;
    Elf32_Haif          e_shnum;
    Elf32_Haif          e_shstrndx;
}Elf32_Ehdr;

其中各类型的说明见下表，由于ELF文件力求支持从8位到32位不同架构的处理器，所以才定义了下表中这些数据类型，从而让文件格式与机器无关。

下面看一下ELF header中各项的意义。foobar文件：

最开头是16字节的e_ident，其中包含用以表示ELF文件的字符，以及其他一些与机器无关的信息。

开头的4字节是固定不变的，第1个字节值为0x7F，紧跟着就是ELF三个字符，这4字节表明这个文件是个ELF文件。

1.e_type——标识的是该文件的类型，取值就不一一列出了。文件foobar的e_type是2，表明它是一个可执行文件。

2.e_machine——foobar中此项的值为3，表明运行该程序需要的体系结构为Intel 80386.

3.e_version——文件的版本。

4.e_entry——程序的入口地址。文件foobar的入口地址为0x80480A0.

5.e_phoff——Program header table在文件中的偏移量（以字节计数），这里的值是0x34.

6.e_shoff——Section header table在文件中的偏移量（以字节计数），这里的值是0x1C0.

7.e_flags——对IA32而言，此项为0.

8.e_ehsize——ELF header大小（以字节计数），这里值为0x34.

9.e_phentsize——Program header table中每一个条目（一个Program header）的大小。这里值为0x20.

10.e_phnum——Program header table中有多少个条目，这里有3个。

11.e_shentsize——Section header table中每一个条目（一个Section header）的大小，这里值为0x28.

12.e_shnum——Section header table中有多少个条目，这里有6个。

13.e_shstrndx——包含节名称的字符串表是第几个节（从零开始数）。这里值为5，表示第5个节包含节名称。

我们看到，Program header table在文件中的偏移量（e_phoff）为0x34，而ELF header大小（e_ehsize）也是0x34，可见ELF header后面紧接着就是Program header table。Program header数据结构如下：

typedef struct{
    Elf32_Word        p_type;
    Elf32_Off            p_offset;
    Elf32_Addr         p_vaddr;
    Elf32_Addr         p_paddr;
    Elf32_Word        p_filesz;
    Elf32_Word        p_memsz;
    Elf32_Word        p_flags;
    Elf32_Word        p_align;
}Elf32_Phdr;

实际上Program header描述的是系统准备程序运行所需的一个段或其他信息。程序头表中共有三项（e_phnum=3），偏移分别是0x34~0x53、0x54~0x73和0x74~0x93.

1.p_type——当前Program header所描述的段的类型。

2.p_offset——段的第一个字节在文件中的偏移。

3.p_vaddr——段的第一个字节在内存中的虚拟地址。

4.p_paddr——在物理地址定位相关的系统中，此项是为物理地址保留。

5.p_filesz——段在文件中的长度。

6.p_memsz——段在内存中的长度。

7.p_flags——与段相关的标志。

8.p_align——根据此项值来确定段在文件以及内存中如何对齐。

Program header描述的是一个段在文件中的位置、大小以及它被放进内存后所在的位置和大小。如果我们想把一个文件加载进内存的话，需要的正是这些信息。

在foobar中共有三个Program header，其取值如下表所示：

根据这些信息，我们很容易知道foobar在加载进内存之后的情形，如下图：