Linux下ELF文件类型分为以下几种：

1、可重定位文件，例如SimpleSection.o；

2、可执行文件，例如/bin/bash；

3、共享目标文件，例如/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。本文分析可执行文件的ELF结构。

首先附上源代码：

SectionMapping.c

#include <stdlib.h>
 
int main()
{
    while(1)
    {
        sleep(1000);
    }
    return 0;
}

使用命令gcc -static SectionMapping.c -o SectionMapping.elf，静态链接为可执行文件。

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

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

这个可执行文件共有33个Section。

接着我们使用readelf -h SectionMapping.elf，读取elf可执行文件头部信息。如下图：

图 1

可以对比，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，可以查看到程序的入口地址是<_start>。如下图：

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在文件中的偏移是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。如下图：

图  3

从图中可见，分为6个Segment。注意表1中每个段叫Section。

Offset：这个Segment在文件中偏移。

VirtAddr：这个Segment在虚拟地址的偏移。

FileSiz：在ELF文件中所占的长度。

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。超过的部分全部初始化为0，作为BSS段。因为数据段和BSS段的唯一区别是，数据段从文件中初始化内容，BSS段内容全部初始化为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，可以得出：

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，下面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 &，输出如下：

然后使用命令：cat /proc/2184/maps，输出如下：

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，因为要页面对齐，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，因为要页面对齐，所以分配了0x6c1000到0x6c4000。注意，0x6c62f8大于0x6c4000，具体原因以后再分析。

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。

整体的结构如下图：

程序运行的过程：建立虚拟空间（分配一个页目录）-> 建立虚拟空间与可执行文件映射（页目录项指向磁盘的程序） -> 跳到程序入口 -> 缺页异常-> 在内存中寻找空闲页，将对应的页换入 -> 建立映射 -> 开始执行。

原文：https://blog.csdn.net/jltxgcy/article/details/39233689

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