ELF(Executable and Linking Format)是一種對象文件的格式，用于定義不同類型的對象文件(Object files)中都放了什么東西、以及都以什么樣的格式去放這些東西。它自最早在 System V 系統(tǒng)上出現(xiàn)后，被 xNIX 世界所廣泛接受，作為缺省的二進(jìn)制文件格式來使用。可以說，ELF是構(gòu)成眾多xNIX系統(tǒng)的基礎(chǔ)之一，所以作為嵌入式Linux系統(tǒng)乃至內(nèi)核驅(qū)動程序開發(fā)人員，你最好熟悉并掌握它。
其實(shí)，關(guān)于ELF這個主題，網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有相當(dāng)多的文章存在，但是其介紹的內(nèi)容比較分散，使得初學(xué)者不太容易從中得到一個系統(tǒng)性的認(rèn)識。為了幫助大家學(xué)習(xí)，我這里打算寫一系列連貫的文章來介紹ELF以及相關(guān)的應(yīng)用。這是這個系列中的第一篇文章，主要是通過不同工具的使用來熟悉ELF文件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的基本概念。后面的文章，我們會介紹很多高級的概念和應(yīng)用，比方動態(tài)鏈接和加載，動態(tài)庫的開發(fā)，C語言Main函數(shù)是被誰以及如何被調(diào)用的，ELF格式在內(nèi)核中的支持，Linux內(nèi)核中對ELF section的擴(kuò)展使用等等。
好的，開始我們的第一篇文章。在詳細(xì)進(jìn)入正題之前，先給大家介紹一點(diǎn)ELF文件格式的參考資料。在ELF格式出來之后，TISC(Tool Interface Standard Committee)委員會定義了一套ELF標(biāo)準(zhǔn)。你可以從這里(http://refspecs.freestandards.org/elf/)找到詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)文檔。TISC委員會前后出了兩個版本，v1.1和v1.2。兩個版本內(nèi)容上差不多，但就可讀性上來講，我還是推薦你讀 v1.2的。因?yàn)樵趘1.2版本中，TISC重新組織原本在v1.1版本中的內(nèi)容，將它們分成為三個部分(books)：
a) Book I
介紹了通用的適用于所有32位架構(gòu)處理器的ELF相關(guān)內(nèi)容
b) Book II
介紹了處理器特定的ELF相關(guān)內(nèi)容，這里是以Intel x86 架構(gòu)處理器作為例子介紹
c) Book III
介紹了操作系統(tǒng)特定的ELF相關(guān)內(nèi)容，這里是以運(yùn)行在x86上面的 UNIX System V.4 作為例子介紹
值得一說的是，雖然TISC是以x86為例子介紹ELF規(guī)范的，但是如果你是想知道非x86下面的ELF實(shí)現(xiàn)情況，那也可以在http://refspecs.freestandards.org/elf/中找到特定處理器相關(guān)的Supplment文檔。比方ARM相關(guān)的，或者M(jìn)IPS相關(guān)的等等。另外，相比較UNIX系統(tǒng)的另外一個分支BSD Unix，Linux系統(tǒng)更靠近 System V 系統(tǒng)。所以關(guān)于操作系統(tǒng)特定的ELF內(nèi)容，你可以直接參考v1.2標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容。
這里多說些廢話：別忘了 Linus 在實(shí)現(xiàn)Linux的第一個版本的時候，就是看了介紹Unix內(nèi)部細(xì)節(jié)的書：《The of the Unix Operating System》，得到很多啟發(fā)。這本書對應(yīng)的操作系統(tǒng)是System V 的第二個Release。這本書介紹了操作系統(tǒng)的很多設(shè)計(jì)觀念，并且行文簡單易懂。所以雖然現(xiàn)在的Linux也吸取了其他很多Unix變種的設(shè)計(jì)理念，但是如果你想研究學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核，那還是以看這本書作為開始為好。這本書也是我在接觸Linux內(nèi)核之前所看的第一本介紹操作系統(tǒng)的書，所以我極力向大家推薦。(在學(xué)校雖然學(xué)過操作系統(tǒng)原理，但學(xué)的也是很糟糕最后導(dǎo)致期末考試才四十來分，記憶仿佛還在昨天:))
好了，還是回來開始我們第一篇ELF主題相關(guān)的文章吧。這篇文章主要是通過使用不同的工具來分析對象文件，來使你掌握ELF文件的基本格式，以及了解相關(guān)的基本概念。你在讀這篇文章的時候，希望你在電腦上已經(jīng)打開了那個 v1.2 版本的ELF規(guī)范，并對照著文章內(nèi)容看規(guī)范里的文字。
首先，你需要知道的是所謂對象文件(Object files)有三個種類：
1) 可重定位的對象文件(Relocatable file)
這是由匯編器匯編生成的 .o 文件。后面的鏈接器(link editor)拿一個或一些 Relocatable object files 作為輸入，經(jīng)鏈接處理后，生成一個可執(zhí)行的對象文件 (Executable file) 或者一個可被共享的對象文件(Shared object file)。我們可以使用 ar 工具將眾多的 .o Relocatable object files 歸檔(archive)成 .a 靜態(tài)庫文件。如何產(chǎn)生 Relocatable file，你應(yīng)該很熟悉了，請參見我們相關(guān)的基本概念文章和JulWiki。另外，可以預(yù)先告訴大家的是我們的內(nèi)核可加載模塊 .ko 文件也是 Relocatable object file。
2) 可執(zhí)行的對象文件(Executable file)
這我們見的多了。文本編輯器vi、調(diào)式用的工具gdb、播放mp3歌曲的軟件mplayer等等都是Executable object file。你應(yīng)該已經(jīng)知道，在我們的 Linux 系統(tǒng)里面，存在兩種可執(zhí)行的東西。除了這里說的 Executable object file，另外一種就是可執(zhí)行的腳本(如shell腳本)。注意這些腳本不是 Executable object file，它們只是文本文件，但是執(zhí)行這些腳本所用的解釋器就是 Executable object file，比如 bash shell 程序。
3) 可被共享的對象文件(Shared object file)
這些就是所謂的動態(tài)庫文件，也即 .so 文件。如果拿前面的靜態(tài)庫來生成可執(zhí)行程序，那每個生成的可執(zhí)行程序中都會有一份庫代碼的拷貝。如果在磁盤中存儲這些可執(zhí)行程序，那就會占用額外的磁盤空間；另外如果拿它們放到Linux系統(tǒng)上一起運(yùn)行，也會浪費(fèi)掉寶貴的物理內(nèi)存。如果將靜態(tài)庫換成動態(tài)庫，那么這些問題都不會出現(xiàn)。動態(tài)庫在發(fā)揮作用的過程中，必須經(jīng)過兩個步驟：
a) 鏈接編輯器(link editor)拿它和其他Relocatable object file以及其他shared object file作為輸入，經(jīng)鏈接處理后，生存另外的 shared object file 或者 executable file。
b) 在運(yùn)行時，動態(tài)鏈接器(dynamic linker)拿它和一個Executable file以及另外一些 Shared object file 來一起處理，在Linux系統(tǒng)里面創(chuàng)建一個進(jìn)程映像。
以上所提到的 link editor 以及 dynamic linker 是什么東西，你可以參考我們基本概念中的相關(guān)文章。對于什么是編譯器，匯編器等你應(yīng)該也已經(jīng)知道，在這里只是使用他們而不再對他們進(jìn)行詳細(xì)介紹。為了下面的敘述方便，你可以下載test.tar.gz包，解壓縮后使用"make"進(jìn)行編譯。編譯完成后，會在目錄中生成一系列的ELF對象文件，更多描述見里面的 README 文件。我們下面的論述都基于這些產(chǎn)生的對象文件。
make所產(chǎn)生的文件，包括 sub.o/sum.o/test.o/libsub.so/test 等等都是ELF對象文件。至于要知道它們都屬于上面三類中的哪一種，我們可以使用 file 命令來查看：
[yihect@juliantec test]$ file sum.o sub.o test.o libsub.so test
sum.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
sub.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
test.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
libsub.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
test: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.2.5, dynamically linked (uses shared libs), not stripped
結(jié)果很清楚的告訴我們他們都屬于哪一個類別。比方 sum.o 是應(yīng)用在x86架構(gòu)上的可重定位文件。這個結(jié)果也間接的告訴我們，x86是小端模式(LSB)的32位結(jié)構(gòu)。那對于 file 命令來說，它又能如何知道這些信息？答案是在ELF對象文件的最前面有一個ELF文件頭，里面記載了所適用的處理器、對象文件類型等各種信息。在TISCv1.2的規(guī)范中，用下面的圖描述了ELF對象文件的基本組成，其中ELF文件頭赫然在目。
等等，為什么會有左右兩個很類似的圖來說明ELF的組成格式？這是因?yàn)镋LF格式需要使用在兩種場合：
a) 組成不同的可重定位文件，以參與可執(zhí)行文件或者可被共享的對象文件的鏈接構(gòu)建；
b) 組成可執(zhí)行文件或者可被共享的對象文件，以在運(yùn)行時內(nèi)存中進(jìn)程映像的構(gòu)建。
所以，基本上，圖中左邊的部分表示的是可重定位對象文件的格式；而右邊部分表示的則是可執(zhí)行文件以及可被共享的對象文件的格式。正如TISCv1.2規(guī)范中所闡述的那樣，ELF文件頭被固定地放在不同類對象文件的最前面。至于它里面的內(nèi)容，除了file命令所顯示出來的那些之外，更重要的是包含另外一些數(shù)據(jù)，用于描述ELF文件中ELF文件頭之外的內(nèi)容。如果你的系統(tǒng)中安裝有 GNU binutils 包，那我們可以使用其中的 readelf 工具來讀出整個ELF文件頭的內(nèi)容，比如：
[yihect@juliantec test]$ readelf -h ./sum.o ELF Header: Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF32 Data: 2's complement, little endian Version: 1 (current) OS/ABI: UNIX - System V ABI Version: 0 Type: REL (Relocatable file) Machine: Intel 80386 Version: 0x1 Entry point address: 0x0 Start of program headers: 0 (bytes into file) Start of section headers: 184 (bytes into file) Flags: 0x0 Size of this header: 52 (bytes) Size of program headers: 0 (bytes) Number of program headers: 0 Size of section headers: 40 (bytes) Number of section headers: 9 Section header string table index: 6
這個輸出結(jié)果能反映出很多東西。那如何來看這個結(jié)果中的內(nèi)容，我們還是就著TISCv1.2規(guī)范來。在實(shí)際寫代碼支持ELF格式對象文件格式的時候，我們都會定義許多C語言的結(jié)構(gòu)來表示ELF格式的各個相關(guān)內(nèi)容，比方這里的ELF文件頭，你就可以在TISCv1.2規(guī)范中找到這樣的結(jié)構(gòu)定義(注意我們研究的是針對x86架構(gòu)的ELF，所以我們只考慮32位版本，而不考慮其他如64位之類的)：
這個結(jié)構(gòu)里面出現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)類型，同樣可以在規(guī)范中找到相關(guān)說明：
在我們以后一系列文章中，我們會著重拿實(shí)際的程序代碼來分析，介時你會在頭文件中找到同樣的定義。但是這里，我們只討論規(guī)范中的定義，暫不考慮任何程序代碼。在ELF頭中，字段e_machine和e_type指明了這是針對x86架構(gòu)的可重定位文件，最前面有個長度為16字節(jié)的字段中有一個字節(jié)表示了它適用于32bits機(jī)器，而不是64位的。除了這些之外，另外ELF頭還告訴了我們其他一些特別重要的信息，分別是：
a) 這個sum.o的進(jìn)入點(diǎn)是0x0(e_entry)，這表面Relocatable objects不會有程序進(jìn)入點(diǎn)。所謂程序進(jìn)入點(diǎn)是指當(dāng)程序真正執(zhí)行起來的時候，其第一條要運(yùn)行的指令的運(yùn)行時地址。因?yàn)镽elocatable objects file只是供再鏈接而已，所以它不存在進(jìn)入點(diǎn)。而可執(zhí)行文件test和動態(tài)庫.so都存在所謂的進(jìn)入點(diǎn)，你可以用 readelf -h 看看。后面我們的文章中會介紹可執(zhí)行文件的e_entry指向C庫中的_start，而動態(tài)庫.so中的進(jìn)入點(diǎn)指向 call_gmon_start。這些后面再說，這里先不深入討論。
b) 這個sum.o文件包含有9個sections，但卻沒有segments(Number of program headers為0)。
那什么是所謂 sections 呢？可以說，sections 是在ELF文件里頭，用以裝載內(nèi)容數(shù)據(jù)的最小容器。在ELF文件里面，每一個 sections 內(nèi)都裝載了性質(zhì)屬性都一樣的內(nèi)容，比方：
1) .text section 里裝載了可執(zhí)行代碼；
2) .data section 里面裝載了被初始化的數(shù)據(jù)；
3) .bss section 里面裝載了未被初始化的數(shù)據(jù)；
4) 以 .rec 打頭的 sections 里面裝載了重定位條目；
5) .symtab 或者 .dynsym section 里面裝載了符號信息；
6) .strtab 或者 .dynstr section 里面裝載了字符串信息；
7) 其他還有為滿足不同目的所設(shè)置的section，比方滿足調(diào)試的目的、滿足動態(tài)鏈接與加載的目的等等。
一個ELF文件中到底有哪些具體的 sections，由包含在這個ELF文件中的 section head table(SHT)決定。在SHT中，針對每一個section，都設(shè)置有一個條目，用來描述對應(yīng)的這個section，其內(nèi)容主要包括該 section 的名稱、類型、大小以及在整個ELF文件中的字節(jié)偏移位置等等。我們也可以在TISCv1.2規(guī)范中找到SHT表中條目的C結(jié)構(gòu)定義：
我們可以像下面那樣來使用 readelf 工具來查看可重定位對象文件 sum.o 的SHT表內(nèi)容：[yihect@juliantec test]$ readelf -S ./sum.o
There are 9 section headers, starting at offset 0xb8:
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .text PROGBITS 00000000 000034 00000b 00 AX 0 0 4
[ 2] .data PROGBITS 00000000 000040 000004 00 WA 0 0 4
[ 3] .bss NOBITS 00000000 000044 000000 00 WA 0 0 4
[ 4] .note.GNU-stack PROGBITS 00000000 000044 000000 00 0 0 1
[ 5] .comment PROGBITS 00000000 000044 00002d 00 0 0 1
[ 6] .shstrtab STRTAB 00000000 000071 000045 00 0 0 1
[ 7] .symtab SYMTAB 00000000 000220 0000a0 10 8 7 4
[ 8] .strtab STRTAB 00000000 0002c0 00001d 00 0 0 1
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
I (info), L (link order), G (group), x (unknown)
O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)
這個結(jié)果顯示了 sum.o 中包含的所有9個sections。因?yàn)閟um.o僅僅是參與link editor鏈接的可重定位文件，而不參與最后進(jìn)程映像的構(gòu)建，所以Addr(sh_addr)為0。后面你會看到可執(zhí)行文件以及動態(tài)庫文件中大部分sections的這一字段都是有某些取值的。Off(sh_offset)表示了該section離開文件頭部位置的距離。Size(sh_size)表示section的字節(jié)大小。ES(sh_entsize)只對某些形式的sections 有意義。比方符號表 .symtab section，其內(nèi)部包含了一個表格，表格的每一個條目都是特定長度的，那這里的這個字段就表示條目的長度10。Al(sh_addralign)是地址對齊要求。另外剩下的兩列Lk和Inf，對應(yīng)著條目結(jié)構(gòu)中的字段sh_link和字段sh_info。它們中記錄的是section head table 中的條目索引，這就意味著，從這兩個字段出發(fā)，可以找到對應(yīng)的另外兩個 section，其具體的含義解釋依據(jù)不同種類的 section 而不同，后面會介紹。
注意上面結(jié)果中的 Flg ，表示的是對應(yīng)section的相關(guān)標(biāo)志。比方.text section 里面存儲的是代碼，所以就是只讀的(X)；.data和.bss里面存放的都是可寫的(W)數(shù)據(jù)(非在堆棧中定義的數(shù)據(jù))，只不過前者存的是初始化過的數(shù)據(jù)，比方程序中定義的賦過初值的全局變量等；而后者里面存儲的是未經(jīng)過初始化的數(shù)據(jù)。因?yàn)槲唇?jīng)過初始化就意味著不確定這些數(shù)據(jù)剛開始的時候會有些什么樣的值，所以針對對象文件來說，它就沒必要為了存儲這些數(shù)據(jù)而在文件內(nèi)多留出一塊空間，因此.bss section的大小總是為0。后面會看到，當(dāng)可執(zhí)行程序被執(zhí)行的時候，動態(tài)連接器會在內(nèi)存中開辟一定大小的空間來存放這些未初始化的數(shù)據(jù)，里面的內(nèi)存單元都被初始化成0。可執(zhí)行程序文件中雖然沒有長度非0的 .bss section，但卻記錄有在程序運(yùn)行時，需要開辟多大的空間來容納這些未初始化的數(shù)據(jù)。
另外一個標(biāo)志A說明對應(yīng)的 section 是Allocable的。所謂 Allocable 的section，是指在運(yùn)行時，進(jìn)程(process)需要使用它們，所以它們被加載器加載到內(nèi)存中去。
而與此相反，存在一些non-Allocable 的sections，它們只是被鏈接器、調(diào)試器或者其他類似工具所使用的，而并非參與進(jìn)程的運(yùn)行中去的那些 section。比方后面要介紹的字符串表section .strtab，符號表 .symtab section等等。當(dāng)運(yùn)行最后的可執(zhí)行程序時，加載器會加載那些 Allocable 的部分，而 non-Allocable 的部分則會被繼續(xù)留在可執(zhí)行文件內(nèi)。所以，實(shí)際上，這些 non-Allocable 的section 都可以被我們用 stip 工具從最后的可執(zhí)行文件中刪除掉，刪除掉這些sections的可執(zhí)行文件照樣能夠運(yùn)行，只不過你沒辦法來進(jìn)行調(diào)試之類的事情罷了。
我們?nèi)匀豢梢允褂?readelf -x SecNum 來傾印出不同 section 中的內(nèi)容。但是，無奈其輸出結(jié)果都是機(jī)器碼，對我們?nèi)藖碚f不具備可讀性。所以我們換用 binutils 包中的另外一個工具 objdump 來看看這些 sections 中到底具有哪些內(nèi)容，先來看看 .text section 的：[yihect@juliantec test]$ objdump -d -j .text ./sum.o
./sum.o: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
00000000 :
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp
3: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax
6: 03 45 08 add 0x8(%ebp),%eax
9: c9 leave
a: c3 ret
objdump 的選項(xiàng) -d 表示要對由 -j 選擇項(xiàng)指定的 section 內(nèi)容進(jìn)行反匯編，也就是由機(jī)器碼出發(fā)，推導(dǎo)出相應(yīng)的匯編指令。上面結(jié)果顯示在 sum.o 對象文件的 .text 中只是包含了函數(shù) sum_func 的定義。用同樣的方法，我們來看看 sum.o 中 .data section 有什么內(nèi)容：[yihect@juliantec test]$ objdump -d -j .data ./sum.o
./sum.o: file format elf32-i386
Disassembly of section .data:
00000000 :
0: 17 00 00 00 ....
這個結(jié)果顯示在 sum.o 的 .data section 中定義了一個四字節(jié)的變量 gv_inited，其值被初始化成 0x00000017，也就是十進(jìn)制值 23。別忘了，x86架構(gòu)是使用小端模式的。
我們接下來來看看字符串表section .strtab。你可以選擇使用 readelf -x :
[yihect@juliantec test]$ readelf -x 8 ./sum.o
Hex dump of section '.strtab':
0x00000000 64657469 6e695f76 6700632e 6d757300 .sum.c.gv_inited
0x00000010 00 68630063 6e75665f 6d757300 .sum_func.ch.
上面命令中的 8 是 .strtab section 在SHT表格中的索引值，從上面所查看的SHT內(nèi)容中可以找到。盡管這個命令的輸出結(jié)果不是那么具有可讀性，但我們還是得來說一說如何看這個結(jié)果，因?yàn)楹罄m(xù)文章中將會使用大量的這種命令。上面結(jié)果中的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)部分從右到左看是地址遞增的方向，而字符內(nèi)容部分從左到右看是地址遞增的方向。所以，在 .strtab section 中，按照地址遞增的方向來看，各字節(jié)的內(nèi)容依次是 0x00、0x73、0x75、0x6d、0x2e ....，也就是字符 、's'、'u'、'm'、'.' ... 等。如果還是看不太明白，你可以使用 hexdump 直接dumping出 .strtab section 開頭(其偏移在文件內(nèi)0x2c0字節(jié)處)的 32 字節(jié)數(shù)據(jù)：
[yihect@juliantec test]$ hexdump -s 0x2c0 -n 32 -c ./sum.o
00002c0 s u m . c g v _ i n i t e d
00002d0 s u m _ f u n c c h
00002dd
.strtab section 中存儲著的都是以字符 為分割符的字符串，這些字符串所表示的內(nèi)容，通常是程序中定義的函數(shù)名稱、所定義過的變量名稱等等。。。當(dāng)對象文件中其他地方需要和一個這樣的字符串相關(guān)聯(lián)的時候，往往會在對應(yīng)的地方存儲 .strtab section 中的索引值。比方下面將要介紹的符號表 .symtab section 中，有一個條目是用來描述符號 gv_inited 的，那么在該條目中就會有一個字段(st_name)記錄著字符串 gv_inited 在 .strtab section 中的索引 7 。 .shstrtab 也是字符串表，只不過其中存儲的是 section 的名字，而非所函數(shù)或者變量的名稱。
字符串表在真正鏈接和生成進(jìn)程映像過程中是不需要使用的，但是其對我們調(diào)試程序來說就特別有幫助，因?yàn)槲覀內(nèi)丝雌饋碜钍娣倪€是自然形式的字符串，而非像天書一樣的數(shù)字符號。前面使用objdump來反匯編 .text section 的時候，之所以能看到定義了函數(shù) sum_func ，那也是因?yàn)榇嬖谶@個字符串表的原因。當(dāng)然起關(guān)鍵作用的，還是符號表 .symtab section 在其中作為中介，下面我們就來看看符號表。
雖然我們同樣可以使用 readelf -x 來查看符號表(.symtab)section的內(nèi)容，但是其結(jié)果可讀性太差，我們換用 readelf -s 或者 objdump -t 來查看(前者輸出結(jié)果更容易看懂)：
[yihect@juliantec test]$ readelf -s ./sum.o
Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS sum.c
2: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
3: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
4: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
5: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4
6: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5
7: 00000000 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 2 gv_inited
8: 00000000 11 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 sum_func
9: 00000001 1 OBJECT GLOBAL DEFAULT COM ch
在符號表內(nèi)針對每一個符號，都會相應(yīng)的設(shè)置一個條目。在繼續(xù)介紹上面的結(jié)果之前，我們還是從規(guī)范中找出符號表內(nèi)條目的C結(jié)構(gòu)定義：
上面結(jié)果中 Type 列顯示出符號的種類。Bind 列定義了符號的綁定類型。種類和綁定類型合并在一起，由結(jié)構(gòu)中 st_info 字段來定義。在ELF格式中，符號類型總共可以有這么幾種：
類型 STT_OBJECT 表示和該符號對應(yīng)的是一個數(shù)據(jù)對象，比方程序中定義過的變量、數(shù)組等，比方上面的 gv_inited 和 ch；類型 STT_FUNC 表示該符號對應(yīng)的是函數(shù)，比方上面的 sum_func函數(shù)。類型 STT_SECTION 表示該符號和一個 section 相關(guān)，這種符號用于重定位。關(guān)于重定位，我們下文會介紹。
符號的綁定類型表示了這個符號的可見性，是僅本對象文件可見呢，還是全局可見。它的取值主要有三種：STB_LOCA、STB_GLOBAL和STB_WEAK，具體的內(nèi)容還請參見規(guī)范。關(guān)于符號，最重要的就是符號的值(st_value)了。依據(jù)對象文件的不同類型，符號的值所表示的含義也略有差異：
a) 在可重定位文件中，如果該符號對應(yīng)的section index(上面的Ndx)為SHN_COMMON，那么符號的值表示的是該數(shù)據(jù)的對齊要求，比方上面的變量 ch 。
b) 在可重定位文件中，除去上面那條a中定義的符號，對于其他的符號來說，其值表示的是對應(yīng) section 內(nèi)的偏移值。比方 gv_inited 變量定義在 .data section 的最前面，所以其值為0。
c) 在可執(zhí)行文件或者動態(tài)庫中，符號的值表示的是運(yùn)行時的內(nèi)存地址。
好，咱們再來介紹重定位。在所產(chǎn)生的對象文件 test.o 中有對函數(shù) sum_func 的引用，這對我們的x386結(jié)構(gòu)來說，其實(shí)就是一條call指令。既然 sum_func 是定義在 sum.o 中的，那對 test.o 來說，它就是一個外部引用。所以，匯編器在產(chǎn)生 test.o 的時候，它會產(chǎn)生一個重定位條目。重定位條目中會包含以下幾類東西：
1) 它會包含一個符號表中一個條目的索引，因?yàn)檫@樣我們才知道它具體是哪個符號需要被重定位的；
2) 它會包含一個 .text section 中的地址單元的偏移值。原本這個偏移值處的地址單元里面應(yīng)該存放著 call 指令的操作數(shù)。對上面來說，也就是函數(shù) sum_func 的地址，但是目前這個地址匯編器還不知道。
3) 它還會包含一個tag，以指明該重定位屬于何種類型。
當(dāng)我們用鏈接器去鏈接這個對象文件的時候，鏈接器會遍歷所有的重定位條目，碰到像 sum_func 這樣的外部引用，它會找到 sum_func 的確切地址，并且把它寫回到上面 call 指令操作數(shù)所占用的那個地址單元。像這樣的操作，稱之為重定位操作。link editor 和 dynamic linker 都要完成一些重定位操作，只不過后者的動作更加復(fù)雜，因?yàn)樗窃谶\(yùn)行時動態(tài)完成的，我們以后的文章會介紹相關(guān)的內(nèi)容。概括一下，所謂重定位操作就是：“匯編的時候產(chǎn)生一個空坐位，上面用紅紙寫著要坐在這個座位上的人的名字，然后連接器在開會前安排那個人坐上去”。
如前面我們說過的，對象文件中的重定位條目，會構(gòu)成一個個單獨(dú)的 section。這些 section 的名字，常會是這樣的形式：".rel.XXX"。其中XXX表示的是這些重定位條目所作用到的section，如 .text section。重定位條目所構(gòu)成的section需要和另外兩個section產(chǎn)生關(guān)聯(lián)：符號表section(表示要重定位的是哪一個符號)以及受影響地址單元所在的section。在使用工具來查看重定位section之前，我們先從規(guī)范中找出來表示重定位條目的結(jié)構(gòu)定義(有兩種，依處理器架構(gòu)來定)：
結(jié)構(gòu)中 r_offset 對于可重定位文件.o來說，就是地址單元的偏移值(前面的b條)；另外對可執(zhí)行文件或者動態(tài)庫來說，就是該地址單元的運(yùn)行時地址。上面 a條中的符號表內(nèi)索引和c條中的類型，一起構(gòu)成了結(jié)構(gòu)中的字段 r_info。
重定位過程在計(jì)算最終要放到受影響地址單元中的時候，需要加上一個附加的數(shù) addend。當(dāng)某一種處理器選用 Elf32_Rela 結(jié)構(gòu)的時候，該 addend 就是結(jié)構(gòu)中的 r_addend 字段；否則該 addend 就是原本存儲在受影響地址單元中的原有值。x86架構(gòu)選用 Elf32_Rel 結(jié)構(gòu)來表示重定位條目。ARM架構(gòu)也是用這個。
重定位類型意味著如何去修改受影響的地址單元，也就是按照何種方式去計(jì)算需要最后放在受影響單元里面的值。具體的重定位類型有哪些，取決與特定的處理器架構(gòu)，你可以參考相關(guān)規(guī)范。這種計(jì)算方式可以非常的簡單，比如在x386上的 R_386_32 類型，它規(guī)定只是將附加數(shù)加上符號的值作為所需要的值；該計(jì)算方式也可以是非常的復(fù)雜，比如老版本ARM平臺上的 R_ARM_PC26。在這篇文章的末尾，我會詳細(xì)介紹一種重定位類型：R_386_PC32。至于另外一些重要的重定位類型，如R_386_GOTPC，R_386_PLT32，R_386_GOT32，R_386_GLOB_DAT 以及 R_386_JUMP_SLOT 等。讀者可以先自己研究，也許我們會在后面后面的文章中討論到相關(guān)主題時再行介紹。
我們可以使用命令 readelf -r 來查看重定位信息：
[yihect@juliantec test_2]$ readelf -r test.o
Relocation section '.rel.text' at offset 0x464 contains 8 entries:
Offset Info Type Sym.Value Sym. Name
00000042 00000902 R_386_PC32 00000000 sub_func
00000054 00000a02 R_386_PC32 00000000 sum_func
0000005d 00000a02 R_386_PC32 00000000 sum_func
0000007a 00000501 R_386_32 00000000 .rodata
0000007f 00000b02 R_386_PC32 00000000 printf
0000008d 00000c02 R_386_PC32 00000000 double_gv_inited
00000096 00000501 R_386_32 00000000 .rodata
0000009b 00000b02 R_386_PC32 00000000 printf
至此，ELF對象文件格式中的 linking view ，也就是上面組成圖的左邊部分，我們已經(jīng)介紹完畢。在這里最重要的概念是 section。在可重定位文件里面，section承載了大多數(shù)被包含的東西，代碼、數(shù)據(jù)、符號信息、重定位信息等等。可重定位對象文件里面的這些sections是作為輸入，給鏈接器那去做鏈接用的，所以這些 sections 也經(jīng)常被稱做輸入 section。
鏈接器在鏈接可執(zhí)行文件或動態(tài)庫的過程中，它會把來自不同可重定位對象文件中的相同名稱的 section 合并起來構(gòu)成同名的 section。接著，它又會把帶有相同屬性(比方都是只讀并可加載的)的 section 都合并成所謂 segments(段)。segments 作為鏈接器的輸出，常被稱為輸出section。我們開發(fā)者可以控制哪些不同.o文件的sections來最后合并構(gòu)成不同名稱的 segments。如何控制呢，就是通過 linker script 來指定。關(guān)于鏈接器腳本，我們這里不予討論。
一個單獨(dú)的 segment 通常會包含幾個不同的 sections，比方一個可被加載的、只讀的segment 通常就會包括可執(zhí)行代碼section .text、只讀的數(shù)據(jù)section .rodata以及給動態(tài)鏈接器使用的符號section .dymsym等等。section 是被鏈接器使用的，但是 segments 是被加載器所使用的。加載器會將所需要的 segment 加載到內(nèi)存空間中運(yùn)行。和用 sections header table 來指定一個可重定位文件中到底有哪些 sections 一樣。在一個可執(zhí)行文件或者動態(tài)庫中，也需要有一種信息結(jié)構(gòu)來指出包含有哪些 segments。這種信息結(jié)構(gòu)就是 program header table，如ELF對象文件格式中右邊的 execute view 所示的那樣。
我們可以用 readelf -l 來查看可執(zhí)行文件的程序頭表，如下所示：
[yihect@juliantec test_2]$ readelf -l ./test
Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x8048464
There are 7 program headers, starting at offset 52
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
PHDR 0x000034 0x08048034 0x08048034 0x000e0 0x000e0 R E 0x4
INTERP 0x000114 0x08048114 0x08048114 0x00013 0x00013 R 0x1
[Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.2]
LOAD 0x000000 0x08048000 0x08048000 0x0073c 0x0073c R E 0x1000
LOAD 0x00073c 0x0804973c 0x0804973c 0x00110 0x00118 RW 0x1000
DYNAMIC 0x000750 0x08049750 0x08049750 0x000d0 0x000d0 RW 0x4
NOTE 0x000128 0x08048128 0x08048128 0x00020 0x00020 R 0x4
GNU_STACK 0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00000 0x00000 RW 0x4
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00
01 .interp
02 .interp .note.ABI-tag .hash .dynsym .dynstr .gnu.version .gnu.version_r .rel.dyn .rel.plt .init .plt .text .fini .rodata .eh_frame
03 .ctors .dtors .jcr .dynamic .got .got.plt .data .bss
04 .dynamic
05 .note.ABI-tag
06
結(jié)果顯示，在可執(zhí)行文件 ./test 中，總共有7個 segments。同時，該結(jié)果也很明白顯示出了哪些 section 映射到哪一個 segment 當(dāng)中去。比方在索引為2的那個segment 中，總共有15個 sections 映射進(jìn)來，其中包括我們前面提到過的 .text section。注意這個segment 有兩個標(biāo)志: R 和 E。這個表示該segment是可讀的，也可執(zhí)行的。如果你看到標(biāo)志中有W，那表示該segment是可寫的。
我們還是來解釋一下上面的結(jié)果，希望你能對照著TISCv1.2規(guī)范里面的文本來看，我這里也列出程序頭表?xiàng)l目的C結(jié)構(gòu)：
上面類型為PHDR的segment，用來包含程序頭表本身。類型為INTERP的segment只包含一個 section，那就是 .interp。在這個section中，包含了動態(tài)鏈接過程中所使用的解釋器路徑和名稱。在Linux里面，這個解釋器實(shí)際上就是 /lib/ ，這可以通過下面的 hexdump 看出來：[yihect@juliantec test_2]$ hexdump -s 0x114 -n 32 -C ./test
00000114 2f 6c 69 62 2f 6c 64 2d 6c 69 6e 75 78 2e 73 6f |/lib/ld-linux.so|
00000124 2e 32 00 00 04 00 00 00 10 00 00 00 01 00 00 00 |.2..............|
00000134
為什么會有這樣的一個 segment？這是因?yàn)槲覀儗懙膽?yīng)用程序通常都需要使用動態(tài)鏈接庫.so，就像 test 程序中所使用的 libsub.so 一樣。我們還是先大致說說程序在linux里面是怎么樣運(yùn)行起來的吧。當(dāng)你在 shell 中敲入一個命令要執(zhí)行時，內(nèi)核會幫我們創(chuàng)建一個新的進(jìn)程，它在往這個新進(jìn)程的進(jìn)程空間里面加載進(jìn)可執(zhí)行程序的代碼段和數(shù)據(jù)段后，也會加載進(jìn)動態(tài)連接器(在Linux里面通常就是 /lib/ld-linux.so 符號鏈接所指向的那個程序，它本省就是一個動態(tài)庫)的代碼段和數(shù)據(jù)。在這之后，內(nèi)核將控制傳遞給動態(tài)鏈接庫里面的代碼。動態(tài)連接器接下來負(fù)責(zé)加載該命令應(yīng)用程序所需要使用的各種動態(tài)庫。加載完畢，動態(tài)連接器才將控制傳遞給應(yīng)用程序的main函數(shù)。如此，你的應(yīng)用程序才得以運(yùn)行。
這里說的只是大致的應(yīng)用程序啟動運(yùn)行過程，更詳細(xì)的，我們會在后續(xù)的文章中繼續(xù)討論。我們說link editor鏈接的應(yīng)用程序只是部分鏈接過的應(yīng)用程序。經(jīng)常的，在應(yīng)用程序中，會使用很多定義在動態(tài)庫中的函數(shù)。最最基礎(chǔ)的比方C函數(shù)庫(其本身就是一個動態(tài)庫)中定義的函數(shù)，每個應(yīng)用程序總要使用到，就像我們test程序中使用到的 printf 函數(shù)。為了使得應(yīng)用程序能夠正確使用動態(tài)庫，動態(tài)連接器在加載動態(tài)庫后，它還會做更進(jìn)一步的鏈接，這就是所謂的動態(tài)鏈接。為了讓動態(tài)連接器能成功的完成動態(tài)鏈接過程，在前面運(yùn)行的link editor需要在應(yīng)用程序可執(zhí)行文件中生成數(shù)個特殊的 sections，比方 .dynamic、.dynsym、.got和.plt等等。這些內(nèi)容我們會在后面的文章中進(jìn)行討論。
我們先回到上面所輸出的文件頭表中。在接下來的數(shù)個 segments 中，最重要的是三個 segment：代碼段，數(shù)據(jù)段和堆棧段。代碼段和堆棧段的 VirtAddr 列的值分別為 0x08048000 和 0x0804973c。這是什么意思呢？這是說對應(yīng)的段要加載在進(jìn)程虛擬地址空間中的起始地址。雖然在可執(zhí)行文件中規(guī)定了 text segment和 data segment 的起始地址，但是最終，在內(nèi)存中的這些段的真正起始地址，卻可能不是這樣的，因?yàn)樵趧討B(tài)鏈接器加載這些段的時候，需要考慮到頁面對齊的因素。為什么？因?yàn)橄駒86這樣的架構(gòu)，它給內(nèi)存單元分配讀寫權(quán)限的最小單位是頁(page)而不是字節(jié)。也就是說，它能規(guī)定從某個頁開始、連續(xù)多少頁是只讀的。卻不能規(guī)定從某個頁內(nèi)的哪一個字節(jié)開始，連續(xù)多少個字節(jié)是只讀的。因?yàn)閤86架構(gòu)中，一個page大小是4k，所以，動態(tài)鏈接器在加載 segment 到虛擬內(nèi)存中的時候，其真實(shí)的起始地址的低12位都是零，也即以 0x1000 對齊。
我們先來看看一個真實(shí)的進(jìn)程中的內(nèi)存空間信息，拿我們的 test 程序作為例子。在 Linux 系統(tǒng)中，有一個特殊的由內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的虛擬文件系統(tǒng) /proc。內(nèi)核實(shí)現(xiàn)這個文件系統(tǒng)，并將它作為整個Linux系統(tǒng)面向外部世界的一個接口。我們可以通過 /proc 觀察到一個正在運(yùn)行著的Linux系統(tǒng)的內(nèi)核數(shù)據(jù)信息以及各進(jìn)程相關(guān)的信息。所以我們?nèi)绻榭茨骋粋€進(jìn)程的內(nèi)存空間情況，也可以通過它來進(jìn)行。使用/proc唯一需要注意的是，由于我們的 test 程序很小，所以當(dāng)我們運(yùn)行起來之后，它很快就會結(jié)束掉，使得我們沒有時間去查看test的進(jìn)程信息。我們需要想辦法讓它繼續(xù)運(yùn)行，或者最起碼運(yùn)行直到讓我們能從 /proc 中獲取得到想要的信息后再結(jié)束。
我們有多種選擇。最簡單的是，在 test main 程序中插入一個循環(huán)，然后在循環(huán)中放入 sleep() 的調(diào)用，這樣當(dāng)程序運(yùn)行到這個循環(huán)的時候，就會進(jìn)入“運(yùn)行-睡眠-運(yùn)行-睡眠”循環(huán)中。這樣我們就有機(jī)會去看它的虛擬內(nèi)存空間信息。另外一個方法，是使用調(diào)試器，如GDB。我們設(shè)置一個斷點(diǎn)，然后在調(diào)試過程中讓test進(jìn)程在這個斷點(diǎn)處暫停，這樣我們也有機(jī)會獲得地址空間的信息。我們這里就使用這種方法。當(dāng)然，為了能讓GDB調(diào)試我們的 test，我們得在編譯的時候加上"-g"選項(xiàng)。最后我們用下面的命令得到 test 程序?qū)?yīng)進(jìn)程的地址空間信息。
[yihect@juliantec ~]$ cat /proc/`pgrep test`/maps
00103000-00118000 r-xp 00000000 08:02 544337 /lib/ld-2.3.4.so
00118000-00119000 r--p 00015000 08:02 544337 /lib/ld-2.3.4.so
00119000-0011a000 rw-p 00016000 08:02 544337 /lib/ld-2.3.4.so
0011c000-00240000 r-xp 00000000 08:02 544338 /lib/tls/libc-2.3.4.so
00240000-00241000 r--p 00124000 08:02 544338 /lib/tls/libc-2.3.4.so
00241000-00244000 rw-p 00125000 08:02 544338 /lib/tls/libc-2.3.4.so
00244000-00246000 rw-p 00244000 00:00 0
00b50000-00b51000 r-xp 00000000 08:02 341824 /usr/lib/libsub.so
00b51000-00b52000 rw-p 00000000 08:02 341824 /usr/lib/libsub.so
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:05 225162 /home/yihect/test_2/test
08049000-0804a000 rw-p 00000000 08:05 225162 /home/yihect/test_2/test
b7feb000-b7fed000 rw-p b7feb000 00:00 0
b7fff000-b8000000 rw-p b7fff000 00:00 0
bff4c000-c0000000 rw-p bff4c000 00:00 0
ffffe000-fffff000 ---p 00000000 00:00 0
注意，上面命令中的pgre test 是用`括起來的，它不是單引號，而是鍵盤上 Esc 字符下面的那個字符。從這個結(jié)果上可以看出，所有的段，其起始地址和結(jié)束地址(前面兩列)都是0x1000對齊的。結(jié)果中也列出了對應(yīng)的段是從哪里引過來的，比方動態(tài)鏈接器/lib/ld-2.3.4.so、C函數(shù)庫和test程序本身。注意看test程序引入的代碼段起始地址是 0x08048000，這和我們 ELF 文件中指定的相同，但是結(jié)束地址卻是0x08049000，和文件中指定的不一致(0x08048000+0x0073c=0x0804873c)。這里，其實(shí)加載器也把數(shù)據(jù)segment中開頭一部分也映射進(jìn)了 text segment 中去；同樣的，進(jìn)程虛擬內(nèi)存空間中的 data segment 從 08049000 開始，而可執(zhí)行文件中指定的是從 0x0804973c 開始。所以加載器也把代碼segment中末尾一部分也映射進(jìn)了 data segment 中去了。
從程序頭表中我們可以看到一個類型為 GNU_STACK 的segment，這是 stack segment。程序頭表中的這一項(xiàng)，除了 Flg/Align 兩列不為空外， 其他列都為0。這是因?yàn)槎褩６卧谔摂M內(nèi)存空間中，從哪里開始、占多少字節(jié)是由內(nèi)核說了算的，而不決定于可執(zhí)行程序。實(shí)際上，內(nèi)核決定把堆棧段放在整個進(jìn)程地址空間的用戶空間的最上面，所以堆棧段的末尾地址就是 0xc0000000。別忘記在 x86 中，堆棧是從高向低生長的。
好，為了方便你對后續(xù)文章的理解，我們在這里討論一種比較簡單的重定位類型 R_386_PC32。前面我們說過重定義的含義，也即在連接階段，根據(jù)某種計(jì)算方式計(jì)算出一個新的值(通常是地址)，然后將這個值重新改寫到對象文件或者內(nèi)存映像中某個section中的某個地址單元中去的這樣一個過程。那所謂重定位類型，就規(guī)定了使用何種方式，去計(jì)算這個值。既然是計(jì)算，那就肯定需要涉及到所要納入計(jì)算的變量。實(shí)際上，具體有哪些變量參與計(jì)算如同如何進(jìn)行計(jì)算一樣也是不固定的，各種重定位類型有自己的規(guī)定。
根據(jù)規(guī)范里面的規(guī)定，重定位類型 R_386_PC32 的計(jì)算需要有三個變量參與：S，A和P。其計(jì)算方式是 S+A-P。根據(jù)規(guī)范，當(dāng)R_386_PC32類型的重定位發(fā)生在 link editor 鏈接若干個 .o 對象文件從而形成可執(zhí)行文件的過程中的時候，變量S指代的是被重定位的符號的實(shí)際運(yùn)行時地址，而變量P是重定位所影響到的地址單元的實(shí)際運(yùn)行時地址。在運(yùn)行于x86架構(gòu)上的Linux系統(tǒng)中，這兩個地址都是虛擬地址。變量A最簡單，就是重定位所需要的附加數(shù)，它是一個常數(shù)。別忘了x86架構(gòu)所使用的重定位條目結(jié)構(gòu)體類型是 Elf32_Rela，所以附加數(shù)就存在于受重定位影響的地址單元中。重定位最后將計(jì)算得到的值patch到這個地址單元中。
或許，咱們舉一個實(shí)際例子來闡述可能對你更有用。在我們的 test 程序中，test.c 的 main 函數(shù)中需要調(diào)用定義在 sum.o 中的 sum_func 函數(shù)，所以link editor 在將 test.o/sum.o 聯(lián)結(jié)成可執(zhí)行文件 test 的時候，必須處理一個重定位，這個重定位就是 R_386_PC32 類型的。我們先用 objdump 來查看 test.o 中的 .text section 內(nèi)容(我只選取了前面一部分)：[yihect@juliantec test_2]$ objdump -d -j .text ./test.o
./test.o: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
00000000 <main />:
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp
3: 83 ec 18 sub $0x18,%esp
6: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp
9: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
e: 83 c0 0f add $0xf,%eax
11: 83 c0 0f add $0xf,%eax
14: c1 e8 04 shr $0x4,%eax
17: c1 e0 04 shl $0x4,%eax
1a: 29 c4 sub %eax,%esp
1c: c7 45 fc 0a 00 00 00 movl $0xa,0xfffffffc(%ebp)
23: c7 45 f8 2d 00 00 00 movl $0x2d,0xfffffff8(%ebp)
2a: c7 45 f4 03 00 00 00 movl $0x3,0xfffffff4(%ebp)
31: c7 45 f0 48 00 00 00 movl $0x48,0xfffffff0(%ebp)
38: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
3b: ff 75 f0 pushl 0xfffffff0(%ebp)
3e: ff 75 f4 pushl 0xfffffff4(%ebp)
41: e8 fc ff ff ff call 42
46: 83 c4 08 add $0x8,%esp
49: 50 push %eax
4a: 83 ec 0c sub $0xc,%esp
4d: ff 75 f8 pushl 0xfffffff8(%ebp)
50: ff 75 fc pushl 0xfffffffc(%ebp)
53: e8 fc ff ff ff call 54
58: 83 c4 14 add $0x14,%esp
......
如結(jié)果所示，在離開 .text section 開始 0x53 字節(jié)的地方，有一條call指令。這條指令是對 sum_func 函數(shù)的調(diào)用，objdump 將其反匯編成 call 54，這是因?yàn)槠?0x54 字節(jié)的地方原本應(yīng)該放著 sum_func 函數(shù)的地址，但現(xiàn)在因?yàn)?sum_func 定義在 sum.o 中，所以這個地方就是重定位需要做 patch 的地址單元所在處。我們注意到，這個地址單元的值為 0xfffffffc，也就是十進(jìn)制的 -4(計(jì)算機(jī)中數(shù)是用補(bǔ)碼表示的)。所以，參與重定位運(yùn)算的變量A就確定了，即是 -4。
我們在 test.o 中找出影響該地址單元的重定位記錄如下：
[yihect@juliantec test_2]$ readelf -r ./test.o | grep 54
00000054 00000a02 R_386_PC32 00000000 sum_func
果然，如你所見，該條重定位記錄是 R_386_PC32 類型的。前面變量A確定了，那么另外兩個變量S和變量P呢？從正向去計(jì)算這兩個變量的值比較麻煩。盡管我們知道，在Linux里面，鏈接可執(zhí)行程序時所使用的默認(rèn)的鏈接器腳本將最后可執(zhí)行程序的 .text segment 起始地址設(shè)置在 0x08048000的位置。但是，從這個地址出發(fā)，去尋找符號(函數(shù))sub_func 和 上面受重定位影響的地址單元的運(yùn)行時地址的話，需要經(jīng)過很多人工計(jì)算，所以比較麻煩。
相反的，我們使用objdump工具像下面這樣分析最終鏈接生成的可執(zhí)行程序 ./test 的 .text segment 段，看看函數(shù) sum_func 和 那個受影響單元的運(yùn)行時地址到底是多少，這是反向的查看鏈接器的鏈接結(jié)果。鏈接器在鏈接的過程中是正向的將正確的地址分配給它們的。
[yihect@juliantec test_2]$ objdump -d -j .text ./test
./test: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
08048498 :
8048498: 31 ed xor %ebp,%ebp
......
08048540 <main />:
......
804858a: 83 ec 0c sub $0xc,%esp
804858d: ff 75 f8 pushl 0xfffffff8(%ebp)
8048590: ff 75 fc pushl 0xfffffffc(%ebp)
8048593: e8 74 00 00 00 call 804860c
8048598: 83 c4 14 add $0x14,%esp
804859b: 50 push %eax
......
0804860c :
804860c: 55 push %ebp
804860d: 89 e5 mov %esp,%ebp
804860f: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax
8048612: 03 45 08 add 0x8(%ebp),%
8048615: c9 leave
8048616: c3 ret
8048617: 90 nop
......
從中很容易的就可以看出，鏈接器給函數(shù) sum_func 分配的運(yùn)行時地址是 0x0804860c，所以變量S的值就是 0x0804860c。那么變量P呢？它表示的是重定位所影響地址單元的運(yùn)行地址。如果要計(jì)算這個地址，我們可以先看看 main 函數(shù)的運(yùn)行時地址，再加上0x54字節(jié)的偏移來得到。從上面看出 main 函數(shù)的運(yùn)行時地址為 0x08048540，所以重定位所影響地址單元的運(yùn)行時地址為 0x08048540+0x54 = 0x08048594。所以重定位計(jì)算的最終結(jié)果為：
S+A-P = 0x0804860c+(-4)-0x08048594 = 0x00000074
從上面可以看出，鏈接器在鏈接過程中，確實(shí)也把這個計(jì)算得到的結(jié)果存儲到了上面 call 指令操作數(shù)所在的地址單元中去了。那么，程序在運(yùn)行時，是如何憑借這樣一條帶有如此操作數(shù)的 call 指令來調(diào)用到(或者跳轉(zhuǎn)到)函數(shù) sum_func 中去的呢？
你看，調(diào)用者 main 和被調(diào)用者 sum_func 處在同一個text segment中。根據(jù)x86架構(gòu)或者IBM兼容機(jī)的匯編習(xí)慣，段內(nèi)轉(zhuǎn)移或者段內(nèi)跳轉(zhuǎn)時使用的尋址方式是PC相對尋址。也就是若要讓程序從一個段內(nèi)的A處，跳轉(zhuǎn)到同一段內(nèi)的B處，那么PC相對尋址會取程序在A處執(zhí)行時的PC值，再加上某一個偏移值(offset)，得到要跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)地址(B處地址)。那么，對于x86架構(gòu)來說，由于有規(guī)定，PC總是指向下一條要執(zhí)行的指令，那么當(dāng)程序執(zhí)行在call指令的時候，PC指向的是下一條add指令，其值也就是 0x8048598。最后，尋址的時候再加上call指令的操作數(shù)0x74作為偏移，計(jì)算最終的 sum_func 函數(shù)目標(biāo)地址為 0x8048598+0x74 = 0x804860c。
有點(diǎn)意思吧:)，如果能繞出來，那說明我們是真的明白了，其實(shí)，繞的過程本身就充滿著趣味性，就看你自己的心態(tài)了。說到這里，本文行將結(jié)束。本文所介紹的很多內(nèi)容，可能在某些同學(xué)眼中會過于簡單，但是為了體現(xiàn)知識的完整性、同時也為了讓大家先有個基礎(chǔ)以便更容易的看后續(xù)的文章，我們還是在這里介紹一下ELF格式的基礎(chǔ)知識。下面一篇關(guān)于ELF主題的文章，將詳細(xì)介紹動態(tài)連接的內(nèi)在實(shí)現(xiàn)。屆時，你將看到大量的實(shí)際代碼挖掘。