文件格式
Object文件参与程序的联接(创建一个程序)和程序的执行(运行一个程序)。
object 文件格式提供了一个方便有效的方法并行的视角看待文件的内容，
在他们的活动中，反映出不同的需要。例 1-1图显示了一个object文件的
组织图。
+ 图1-1: Object文件格式
Linking 视角 Execution 视角
============ ==============
ELF header ELF header
Program header table (optional) Program header table
Section 1 Segment 1
... Segment 2
Section n ...
Section header table Section header table (optional)
一个ELF头在文件的开始，保存了路线图(road map)，描述了该文件的组织情况。
sections保存着object 文件的信息，从连接角度看：包括指令，数据，
符号表，重定位信息等等。特别sections的描述会出项在以后的第一部分。
第二部分讨论了段和从程序的执行角度看文件。
假如一个程序头表（program header table）存在，那么它告诉系统如何来创建一
个进程的内存映象。被用来建立进程映象(执行一个程序)的文件必须要有一个程
序头表（program header table）；可重定位文件不需要这个头表。一个
section头表（section header table）包含了描述文件sections的信息。每个
section在这个表中有一个入口；每个入口给出了该section的名字，大小，
等等信息。在联接过程中的文件必须有一个section头表；其他object文件可要
可不要这个section头表。
注意: 虽然图显示出程序头表立刻出现在一个ELF头后，section头表跟着其他
section部分出现，事实是的文件是可以不同的。此外，sections和段(segments)
没有特别的顺序。只有ELF头（elf header）是在文件的固定位置。
数据表示
object文件格式支持8位、32位不同的处理器。不过，它试图努力的在更大
或更小的体系上运行。因此，object文件描绘一些控制数据需要用与机器
无关的格式，使它尽可能的用一般的方法甄别object文件和描述他们的内容。
在object文件中剩余的数据使用目标处理器的编码方式，不管文件是在哪台
机子上创建的。
+ 图 1-2: 32-Bit Data Types
Name Size Alignment Purpose
==== ==== ========= =======
Elf32_Addr 4 4 Unsigned program address
Elf32_Half 2 2 Unsigned medium integer
Elf32_Off 4 4 Unsigned file offset
Elf32_Sword 4 4 Signed large integer
Elf32_Word 4 4 Unsigned large integer
unsigned char 1 1 Unsigned small integer
所有的object文件格式定义的数据结构是自然大小(natural size),为相关
的类型调整指针。如果需要，数据结构中明确的包含了确保4字节对齐的填
充字段。来使结构大小是4的倍数。数据从文件的开始也有适当的对齐。
例如，一个包含了Elf32_Addr成员的结构将会在文件内对齐到4字节的边界上。
因为移植性的原因，ELF不使用位字段。
========================== ELF Header ==========================
一些object文件的控制结构能够增长的，所以ELF头包含了他们目前的大小。
假如object文件格式改变，程序可能会碰到或大或小他们不希望的控制结构。
程序也有可能忽略额外（extra）的信息。
对待来历不明(missing)的信息依靠上下文来解释，假如扩展被定义，它们
将会被指定。
+ 图 1-3: ELF Header
#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_Half e_ehsize;
Elf32_Half e_phentsize;
Elf32_Half e_phnum;
Elf32_Half e_shentsize;
Elf32_Half e_shnum;
Elf32_Half e_shstrndx;
} Elf32_Ehdr;
* e_ident
这个最初的字段标示了该文件为一个object文件，提供了一个机器无关
的数据，解释文件的内容。在下面的ELF的鉴别（ELF Identification）
部分有更详细的信息。
* e_type
该成员确定该object的类型。
Name Value Meaning
==== ===== =======
ET_NONE 0 No file type
ET_REL 1 Relocatable file
ET_EXEC 2 Executable file
ET_DYN 3 Shared object file
ET_CORE 4 Core file
ET_LOPROC 0xff00 Processor-specific
ET_HIPROC 0xffff Processor-specific
虽然CORE的文件内容未被指明，类型ET_CORE是保留的。
值从 ET_LOPROC 到 ET_HIPROC(包括ET_HIPROC)是为特殊的处理器保留的。
如有需要，其他保留的变量将用在新的object文件类型上。
* e_machine
该成员变量指出了运行该程序需要的体系结构。
Name Value Meaning
==== ===== =======
EM_NONE 0 No machine
EM_M32 1 AT&T WE 32100
EM_SPARC 2 SPARC
EM_386 3 Intel 80386
EM_68K 4 Motorola 68000
EM_88K 5 Motorola 88000
EM_860 7 Intel 80860
EM_MIPS 8 MIPS RS3000
如有需要，其他保留的值将用到新的机器类型上。特殊处理器名使用机器名来
区别他们。例如，下面将要被提到的成员flags使用前缀EF_;在一台EM_XYZ机器
上，flag称为WIDGET，那么就称为EF_XYZ_WIDGET。
* e_version
这个成员确定object文件的版本。
Name Value Meaning
==== ===== =======
EV_NONE 0 Invalid version
EV_CURRENT 1 Current version
值1表示原来的文件格式；创建新版本就用>1的数。EV_CURRENT值(上面给
出为1)如果需要将指向当前的版本号。
* e_entry
该成员是系统第一个传输控制的虚拟地址，在那启动进程。假如文件没有
如何关联的入口点，该成员就保持为0。
* e_phoff
该成员保持着程序头表（program header table）在文件中的偏移量(以字节计数)。
假如该文件没有程序头表的的话，该成员就保持为0。
* e_shoff
该成员保持着section头表（section header table）在文件中的偏移量(以字节
计数)。假如该文件没有section头表的的话，该成员就保持为0。
* e_flags
该成员保存着相关文件的特定处理器标志。
flag的名字来自于EF__。看下机器信息“Machine Information”
部分的flag的定义。
* e_ehsize
该成员保存着ELF头大小(以字节计数)。
* e_phentsize
该成员保存着在文件的程序头表（program header table）中一个入口的大小
(以字节计数)。所有的入口都是同样的大小。
* e_phnum
该成员保存着在程序头表中入口的个数。因此，e_phentsize和e_phnum
的乘机就是表的大小(以字节计数).假如没有程序头表（program header table），
e_phnum变量为0。
* e_shentsize
该成员保存着section头的大小(以字节计数)。一个section头是在section
头表(section header table)的一个入口；所有的入口都是同样的大小。
* e_shnum
该成员保存着在section header table中的入口数目。因此，e_shentsize和
e_shnum的乘积就是section头表的大小(以字节计数)。
假如文件没有section头表，e_shnum值为0。
* e_shstrndx
该成员保存着跟section名字字符表相关入口的section头表(section header
table)索引。假如文件中没有section名字字符表，该变量值为SHN_UNDEF。
更详细的信息 看下面“Sections”和字符串表(“String Table”) 。
ELF 鉴别(Identification)
在上面提到的，ELF提供了一个object文件的框架结构来支持多种处理机，多
样的数据编码方式，多种机器类型。为了支持这个object文件家族，最初的几
个字节指定用来说明如何解释该文件，独立于处理器，与文件剩下的内容无关。
ELF头(也就是object文件)最初的几个字节与成员e_ident相一致。
+ 图 1-4: e_ident[] Identification Indexes
Name Value Purpose
==== ===== =======
EI_MAG0 0 File identification
EI_MAG1 1 File identification
EI_MAG2 2 File identification
EI_MAG3 3 File identification
EI_CLASS 4 File class
EI_DATA 5 Data encoding
EI_VERSION 6 File version
EI_PAD 7 Start of padding bytes
EI_NIDENT 16 Size of e_ident[]
通过索引访问字节，以下的变量被定义。
* EI_MAG0 to EI_MAG3
文件的前4个字符保存着一个魔术数(magic number)，用来确定该文件是否
为ELF的目标文件。
Name Value Position
==== ===== ========
ELFMAG0 0x7f e_ident[EI_MAG0]
ELFMAG1 'E' e_ident[EI_MAG1]
ELFMAG2 'L' e_ident[EI_MAG2]
ELFMAG3 'F' e_ident[EI_MAG3]
* EI_CLASS
接下来的字节是e_ident[EI_CLASS]，用来确定文件的类型或者说是能力。
Name Value Meaning
==== ===== =======
ELFCLASSNONE 0 Invalid class
ELFCLASS32 1 32-bit objects
ELFCLASS64 2 64-bit objects
文件格式被设计成在不同大小机器中可移植的，在小型机上的不用大型机上
的尺寸。类型ELFCLASS32支持虚拟地址空间最大可达4GB的机器；使用上面
定义过的基本类型。
类型ELFCLASS64为64位体系的机器保留。它的出现表明了object文件可能
改变，但是64位的格式还没有被定义。如果需要，其他类型将被定义，会
有不同的类型和不同大小的数据尺寸。
* EI_DATA
字节e_ident[EI_DATA]指定了在object文件中特定处理器数据的编码
方式。当前定义了以下编码方式。
Name Value Meaning
==== ===== =======
ELFDATANONE 0 Invalid data encoding
ELFDATA2LSB 1 See below
ELFDATA2MSB 2 See below
更多的关于编码的信息出现在下面。其他值保留，将被分配一个新的编码
方式，当然如果必要的话。
* EI_VERSION
字节e_ident[EI_VERSION]表明了ELF头的版本号。
现在这个变量的是一定要设为EV_CURRENT，作为上面e_version的解释。
* EI_PAD
该变量标识了在e_ident中开始的未使用的字节。那些字节保留并被设置为
0；程序把它们从object 文件中读出但应该忽略。假如当前未被使用的字节
有了新的定义，EI_PAD变量将来会被改变。
一个文件的数据编码指出了如何来解释一个基本的object文件。在上述的
描述中，类型ELFCLAS32文件使用占用1，2和4字节的目标文件。下面定义的
编码方式，用下面的图来描绘。数据出现在左上角。
ELFDATA2LSB编码指定了2的补数值。
最小有意义的字节占有最低的地址。
+ 图1-5: Data Encoding ELFDATA2LSB
0------+
0x0102 | 01 |
+------+
0------1------+
0x010204 | 02 | 01 |
+------+------+
0------1------2------3------+
0x01020304 | 04 | 03 | 02 | 01 |
+------+------+------+------+
ELFDATA2LSB编码指定了2的补数值。
最大有意义的字节占有最低的地址。
+ 图1-6: Data Encoding ELFDATA2MSB
0------+
0x0102 | 01 |
+------+
0------1------+
0x010204 | 01 | 02 |
+------+------+
0------1------2------3------+
0x01020304 | 01 | 02 | 03 | 04 |
+------+------+------+------+
机器信息
为了确定文件，32位Intel体系结构的需要以下的变量。
+ 图1-7: 32-bit Intel Architecture Identification, e_ident
Position Value
======== =====
e_ident[EI_CLASS] ELFCLASS32
e_ident[EI_DATA] ELFDATA2LSB
处理器确认ELF头里的e_machine成员，该成员必须为EM_386。
ELF报头里的e_flags成员保存了和文件相关的位标记。32位Intel体系上未
定义该标记；所以这个成员应该为0；
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