Linux如何解析ELF可执行文件结构_LinuxELF格式深入讲解

ELF文件由ELF头、程序头表、节头表、节和段组成，ELF头描述文件属性，程序头表指导加载到内存的段映射，节头表用于链接调试，节存储实际数据，段由多个节构成并决定内存布局，通过readelf等工具可分析其结构。

ELF（Executable and Linkable Format）是Linux系统中广泛使用的可执行文件、目标文件和共享库的标准格式。理解ELF结构对逆向分析、程序调试和系统安全研究非常重要。它不仅决定了程序如何被加载执行，还包含了链接、重定位、符号等关键信息。

ELF文件的基本组成

一个典型的ELF文件由以下几个主要部分构成：

• ELF头（ELF Header）：位于文件最开始，描述整个文件的基本属性，如类型（可执行、共享库等）、架构（x86、ARM等）、入口地址、程序头表和节头表的位置与数量。
• 程序头表（Program Header Table）：用于运行时加载，告诉操作系统如何将文件映射到内存，每个条目称为一个段（Segment），如代码段（LOAD）、动态链接信息等。
• 节头表（Section Header Table）：用于链接和调试，包含各个节（Section）的信息，如 .text（代码）、.data（已初始化数据）、.symtab（符号表）、.strtab（字符串表）等。
• 节（Sections）：实际的数据存储单元，用于链接阶段处理，不一定会全部加载到内存。
• 段（Segments）：由多个节组成，是操作系统加载器关心的单位，决定内存布局。

可以用readelf -h <文件>查看ELF头内容，快速识别文件类型和架构。

解析ELF头信息

ELF头固定长度为64字节（64位系统）或52字节（32位系统），其结构定义在<elf.h>中。关键字段包括：

• e_ident：前16个字节标识ELF魔数（0x7F, 'E', 'L', 'F'），以及位数、字节序、版本等。
• e_type：文件类型，如ET_EXEC（可执行文件）、ET_DYN（共享对象）。
• e_machine：目标机器架构，如EM_X86_64、EM_ARM。
• e_entry：程序入口虚拟地址，CPU开始执行的位置。
• e_phoff / e_shoff：程序头表和节头表在文件中的偏移。
• e_phnum / e_shnum：程序头和节头的数量。

例如，使用readelf -h ./a.out可以看到入口点地址和是否为动态链接可执行文件。

程序头表与内存加载机制

程序头表指导操作系统如何将ELF文件加载进内存。每个程序头描述一个段，常见类型有：

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• PT_LOAD：表示需要加载到内存的段，包含代码或数据。每个LOAD段有文件偏移、虚拟地址、内存大小、权限（r-x, rw-）等属性。
• PT_DYNAMIC：指向动态链接信息，如依赖的共享库、重定位表位置。
• PT_INTERP：指定动态链接器路径，如 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2。
• PT_GNU_STACK：控制栈是否可执行，用于安全防护。

通过readelf -l <文件>可以查看所有段及其内存布局。加载器会根据这些信息设置虚拟内存空间，并进行页对齐映射。

节头表与链接过程

节头表主要用于链接和调试，不参与运行时加载。每个节保存特定类型的数据：

• .text：存放编译后的机器指令。
• .data / .bss：分别存放已初始化和未初始化的全局变量。
• .rodata：只读数据，如字符串常量。
• .symtab：符号表，记录函数和全局变量名及其地址。
• .strtab：字符串表，保存符号名等字符串。
• .rel.text / .rel.data：重定位表，指示链接时需要修补的位置。

使用readelf -S <文件>列出所有节，结合objdump -d反汇编代码，可深入分析程序结构。

基本上就这些。掌握ELF格式有助于理解程序从磁盘到内存的全过程，也能更好应对二进制分析任务。虽然结构复杂，但工具链完善，配合readelf、objdump、hexdump等命令，能逐步拆解每一个细节。

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