Executable and Linkable Format

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая Mkostoevr (обсуждение | вклад) в 10:32, 30 марта 2018 (→Таблица заголовков секций: оформление). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
Запрос «ELF» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
ELF
Расширение .axf, .bin, .elf, .o, .prx, .so или .exe
Сигнатура 7f 45 4c 46
Разработчик Unix System Laboratories
Тип формата двоичный, исполняемый, объектный, динамическая библиотека, дамп памяти
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

ELF (англ. Executable and Linkable Format — формат исполнимых и компонуемых файлов) — формат двоичных файлов, используемый во многих современных UNIX-подобных операционных системах, таких как FreeBSD, Linux, Solaris и др. Также этот формат используется и во многих других системах.

История

Стандарт формата ELF изначально был разработан и опубликован компанией USL как часть двоичного интерфейса приложений операционной системы UNIX System V[1]. Затем он был выбран комитетом TIS и развит в качестве переносимого формата для различных операционных систем, работающих на 32-разрядной аппаратной архитектуре Intel x86.[2] ELF быстро набрал популярность и, после того как компания HP расширила формат и опубликовала стандарт ELF-64, распространился и на 64-разрядных платформах.[3]

Типы

Стандарт формата ELF различает несколько типов файлов:

  • Перемещаемый файл — хранит инструкции и данные, которые могут быть связаны с другими объектными файлами. Результатом такой связи может быть разделяемый объектный файл или исполняемый файл. К этому типу относятся объектные файлы статических библиотек.
  • Разделяемый объектный файл — также содержит инструкции и данные и может быть связан с другими перемещаемыми файлами и разделяемыми объектными файлами, в результате чего будет создан новый объектный файл, либо при запуске программы на выполнение операционная система может динамически связать его с исполняемым файлом программы, в результате чего будет создан исполняемый образ программы. В последнем случае речь идет о разделяемых библиотеках.
  • Исполняемый файл — содержит полное описание, позволяющее системе создать образ процесса. В том числе: инструкции, данные, описание необходимых разделяемых объектных файлов и необходимую символьную и отладочную информацию.

Формат

Каждый ELF файл состоит из следующих частей:

Заголовок файла

Заголовок файла (ELF Header) имеет фиксированное расположение в начале файла и содержит общее описание структуры файла и его основные характеристики, такие как: тип, версия формата, архитектура процессора, виртуальный адрес точки входа, размеры и смещения остальных частей файла. Заголовок имеет размер 52 байта для 32-битных файлов или 64 для 64-битных. Данное различие обуславливается тем, что в заголовке файла содержится три поля, имеющих размер указателя, который составляет 4 и 8 байт для 32- и 64-битных процессоров соответственно. Такими полями являются e_entry, e_phoff и e_shoff.

Поля заголовка файла ELF
Размер Название Описание
ELF

32

ELF

64

16
 e_ident[16] Массив байт, каждый из которых определяет общую характеристику файла.
Назначение байт
Индекс Название Описание
0 - 3
 EI_MAG0 - EI_MAG3 Сигнатура файла: 0x7f 0x45 0x4c 0x46.
4
 EI_CLASS Определяет класс объектного файла.
Название Значение Описание
ELFCLASSNONE 0 Некорректный класс
ELFCLASS32 1 32-битный объектный файл
ELFCLASS64 2 64-битный объектный файл
5
 EI_DATA Определяет зависимый от процессора метод кодирования данных.
Название Значение Описание
ELFDATANONE 0 Некорректный тип
ELFDATA2LSB 1 Little Enidan
ELFDATA2MSB 2 Big Enidan
6
 EI_VERSION Определяет версию ELF заголовка. В настоящее время значение данного бита должно быть EV_CURRENT.
Название Значение
EV_CURRENT 1
7
 EI_OSABI Определяет специфичные для операционной системы или ABI расширения, используемые в файле. У некоторых полей в других структурах ELF файла имеются флаги и поля, значение которых зависит от операционной системы или ABI; интерпретация этих полей определяется значением данного байта. Если объектный файл не использует расширений, рекомендуется, чтобы этот байт был установлен в 0. Если значение для этого байта находится в диапазоне от 64 до 255, то его интерпретация зависит от значения поля e_machine ELF заголовка. В этом диапазоне каждая архитектура может определить свой набор значений.
Название Значение Описание
ELFOSABI_NONE 0 UNIX System V ABI
ELFOSABI_HPUX 1 HP-UX
ELFOSABI_NETBSD 2 NetBSD
ELFOSABI_GNU 3 Файл использует расширения GNU ELF (GNU/Linux)
ELFOSABI_SOLARIS 6 Solaris
ELFOSABI_AIX 7 AIX
ELFOSABI_IRIX 8 IRIX
ELFOSABI_FREEBSD 9 FreeBSD
ELFOSABI_TRU64 10 Tru64 UNIX
ELFOSABI_MODESTO 11 Modesto
ELFOSABI_OPENBSD 12 OpenBSD
ELFOSABI_OPENVMS 13 OpenVMS
ELFOSABI_NSK 14 Non-Stop Kernel
ELFOSABI_AROS 15 Amiga Research OS
ELFOSABI_FENIXOS 16 FenixOS
ELFOSABI_CLOUDABI 17 CloudABI
ELFOSABI_OPENVOS 18 OpenVOS
64 - 255 Зависимые от процессора значения
8
 EI_ABIVERSION Версия ABI.
9
 EI_PAD Т. н. padding bytes (набивка). Зарезервированные для будущего использования элементы массива e_ident. Обычно устанавливаются в 0. Программы для чтения объектных файлов должны игнорировать их.
10
 EI_PAD + 1
11
 EI_PAD + 2
12
 EI_PAD + 3
13
 EI_PAD + 4
14
 EI_PAD + 5
15
 EI_PAD + 6
2
 e_type Тип файла.
Название Значение Описание
ET_NONE 0 Неопределённый
ET_REL 1 Перемещаемый файл
ET_EXEC 2 Исполняемый файл
ET_DYN 3 Разделяемый объектный файл
ET_CORE 4 Core file
ET_LOOS - ET_HIOS 65024 - 65279 Зависимые от операционной системы значения
ET_LOPROC - ET_HIPROC 65280 - 65535 Зависимые от процессора значения
2
 e_machine Архитектура аппаратной платформы, для которой файл создан. Определено большое количество значений, самые часто используемые из которых:
Название Значение Описание
EM_NONE 0 Неопределено
EM_386 3 Intel 80386
EM_PPC 20 PowerPC
EM_PPC64 21 64-bit PowerPC
EM_X86_64 62 x86-64
4
 e_version Номер версии формата. На данный момент корректным считается только одно значение.
Название Значение Описание
EV_NONE 0 Некорректное значение
EV_CURRENT 1 Текущая версия
4
8
 e_entry Виртуальный адрес точки входа, которому система передает управление при запуске процесса. Если у файла нет точки входа, это поле содержит 0.
4
8
 e_phoff Смещение таблицы заголовков программы от начала файла в байтах. Если у файла нет таблицы заголовков программы, это поле содержит 0.
4
8
 e_shoff Смещение таблицы заголовков секций от начала фйла в байтах. Если у файла нет таблицы заголовков секций, это поле содержит 0.
4
 e_flags Связанные с файлом флаги, зависящие от процессора. При их отсутствии это поле содержит 0.
2
 e_ehsize Размер заголовка файла в байтах (52 для 32-битных файлов и 64 для 64-битных).
2
 e_phentsize Размер одного заголовка программы. Все заголовки программы имеют одинаковый размер (32 для 32-битных файлов и 56 для 64-битных).
2
 e_phnum Число заголовков программы. Если у файла нет таблицы заголовков программы, это поле содержит 0.
2
 e_shentsize Размер одного заголовка секции. Все заголовки секций имеют одинаковый размер (40 для 32-битных файлов и 64 для 64-битных).
2
 e_shnum Число заголовков секций. Если у файла нет таблицы заголовков секций, это поле содержит 0.
2
 e_shstrndx Индекс заголовка секции в таблице секций, указывающей на таблицу названий секций. Если файл не содержит таблицы названий секций, это поле содержит 0.

Таблица заголовков программы

Таблица заголовков программы содержит заголовки, каждый из которых описывает отдельный сегмент программы и его атрибуты либо другую информацию, необходимую операционной системе для подготовки программы к исполнению. Данная таблица может располагаться в любом месте файла, её местоположение (смещение относительно начала файла) описывается в поле e_phoff заголовка ELF.

При анализе структуры заголовка программы можно обнаружить различное местоположение поля p_flags для 32- и 64-битных ELF файлов. Данное различие обусавливается выравниванием структуры для увеличения эффективности обработки.

Поля заголовка программы
Размер Название Описание
ELF

32

ELF

64

4
 p_type Тип сегмента, который описывает данный заголовок, или каким образом интерпретировать значения полей этого заголовка.
Название Значение Описание
PT_NULL 0 Заголовок не используется, остальные поля не определены. Данный тип позволяет включать в таблицу заголовков программы файла игнорируемые элементы.
PT_LOAD 1 Загружаемый сегмент, описываемый полями p_filesz и p_memsz. Байты из файла отражаются на сегменте в памяти. Если размер сегмента в памяти (p_memsz) больше размера сгемента в файле (p_filesz), дополнительные байты заполняются нулями (они следуют сразу за определенными в сегменте байтами). Размер сегмента в файле (p_filesz) не может быть больше размера сегмента в памяти (p_memsz). Заголовки программы загружаемых сегментов располагаются в таблице заголовков программ в порядке возрастания значения поля p_vaddr.
PT_DYNAMIC 2 Заголовок программы предоставляет информацию о динамической компоновке.
PT_INTERP 3 Заголовок программы предоставляет размер и местоположение пути (строки в стиле C с завершающим нулём) для запуска в качестве интерпретатора. Этот тип сегмента имеет смысл только для исполняемых файлов (хотя он может быть и в разделяемом объектном файле); он не может встречаться более одного раза в файле. Если заголовок такого типа присутствует, он должен предшествовать любому заголовку программы загружаемого сегмента.
PT_NOTE 4 Заголовок программы определяет местоположение и размер вспомогательной информации.
PT_SHLIB 5 Этот тип сегмента зарезервирован, но его смысл не определён. Программы, содержащие заголовок программы этого типа, не соответствуют ABI.
PT_PHDR 6 Заголовок программы, если он присутствует, определяет местоположение и размер самой таблицы заголовков программы, как в файле, так и в образе памяти программы. Этот тип сегмента не может встречаться более одного раза в файле. Более того, он может встретиться только при наличии в файле таблицы заголовков программы. Если заголовок такого типа присутствует, он должен предшествовать любому заголовку программы загружаемого сегмента.
PT_TLS 7 Заголовок программы определяет шаблон Thread-Local Storage. Загрузчики ELF не должны поддерживать эту запись в таблице заголовков программ.
PT_LOOS - PT_HIOS 1610612736 - 1879048191 Зависимые от операционной системы значения.
PT_LOPROC - PT_HIPROC 1879048192 - 2147483647 Зависимые от процессора значения.
4
 p_flags Флаги, относящиеся к сегменту (для ELF64).
Название Значение Описание
PF_X 0x1 Разрешение на исполнение
PF_W 0x2 Разрешение на запись
PF_R 0x4 Разрешение на чтение
PF_MASKOS 0x0ff00000 Все биты, включенные в это поле, определяют зависящие от операционной системы значения
PF_MASKPROC 0xf0000000 Все биты, включенные в это поле, определяют зависящие от процессора значения
4
8
 p_offset Смещение сегмента от начала файла.
4
8
 p_vaddr Виртуальный адрес сегмента в памяти, куда должен быть загружен сегмент при отображении в память.
4
8
 p_paddr Физический адрес сегмента (для систем, в которых он важен).
4
8
 p_filesz Размер сегмента в файле. Может быть нулевым.
4
8
 p_memsz Размер сегмента в памяти. Может быть нулевым.
4
 p_flags Флаги, относящиеся к сегменту (для ELF32) (возможные значения см. выше).
4
8
 p_align Выравнивание сегмента. 0 и 1 определяют отсутствие выравнивания. В противном случае должно быть положительной двойкой в определённой степени.

Таблица заголовков секций

Таблица заголовков секций содержит атрибуты секций файла. Данная таблица необходима только компоновщику, исполняемые файлы в наличии этой таблицы не нуждаются (ELF загрузчик её игнорирует). Предоставленную в таблице заголовков секций информацию компоновщик использует для оптимального размещения данных секций по сегментам при сборке файла с учётом их атрибутов.

Поля заголовка секции
Размер Название Описание
ELF

32

ELF

64

4 sh_name Смещение строки, содержащей название данной секции в секции .shstrtab.
4 sh_type Тип заголовка.
4 8 sh_flags Атрибуты секции.
4 8 sh_addr Виртуальный адрес секции в памяти.
4 8 sh_offset Смещение секции от начала файла в байтах.
4 8 sh_size Размер секции в файле. Может быть нулевым.
4 sh_link Индекс ассоциированной секции. Данное поле может иметь разричное предназначение в зависимости от типа заголовка.
4 sh_info Дополнительная информация о секции.
4 8 sh_addralign Необходимое выравнивание секции.
4 8 sh_entsize Размер в байтах каждой записи (в том случае, если секция содержит массив записей фиксированного размера, в противном случае поле содержит 0).

Содержимое секций и сегментов

Сегменты содержат данные, необходимые для исполнения файла, а разделы содержат информацию для линковки и обработку relocation. Каждый байт в файле может относиться не более чем к одной секции.

Утилиты

Существует множество утилит для работы с файлами elf, основные из них содержатся в наборе программных инструментов GNU Binutils:

  • elfedit — обновляет заголовок файла ELF.
  • objdump — вывод информации об объектных файлах (в том числе и ELF).
  • readelf — вывод подробной информации о файле.
  • elfdump — вывод информации о ELF файле (доступна для Solaris и FreeBSD).
  • elfutils — альтернатива для GNU Binutils (доступна для GNU/Linux).
  • file — вывод небольшого количества информации о файлах известных программе форматов (доступна для UNIX).

См. также

Примечания

  1. ↑ System V Application Binary Interface Edition 4.1 (1997-03-18)
  2. ↑ Спецификация ELF  (англ.)
  3. ↑ ELF-64 Object File Format

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Executable_and_Linkable_Format&oldid=91800310