Linux下面，目標文件、共享對象文件、可執(zhí)行文件都是使用ELF文件格式來存儲的。程序經過編譯之后會輸出目標文件，然后經過鏈接可以產生可執(zhí)行文件或者共享對象文件。linux下面使用的ELF文件和Windows操作系統(tǒng)使用的PE文件都是從Unix系統(tǒng)的COFF文件格式演化來的。

我們先來了解一些基本的想法。

首先，最重要的思路是一個程序從人能讀懂的格式轉換為供操作系統(tǒng)執(zhí)行的二進制格式之后，代碼和數據是分開存放的，之所以這樣設計有這么幾個原因：

1、程序執(zhí)行之后，代碼和數據可以被映射到不同屬性的虛擬內存中。因為代碼一般是只讀的，而數據是可讀可寫的;

2、現代CPU有強大的緩存體系。程序和代碼分離可以提高程序的局部性，增加緩存命中的概率;

3、還有最重要的一個原因是當有多個程序副本在運行的時候，只讀部分可以只在內存中保留一份，這樣大大節(jié)省了內存。

在ELF的定義中，把他們分開存放的地方稱為一個 Section ，就是一個段。

一個ELF文件中重要的段包括：

.text 段：存儲 只讀程序

.data 段：存儲 已經初始化的全局變量和靜態(tài)變量

.bss 段：存儲 未初始化的全局變量和靜態(tài)變量，因為這些變量的值為0，所以這個段在文件當中不占據空間

.rodata 段：存儲 只讀數據，比如字符串常量

我們用一個例子來看一下ELF文件的格式到底是什么。首先，在Linux下編寫一個C程序：SimpleSection.c

[cpp] view plain copy int printf(const char *format, ... );

int global_init_var = 16;

int global_unint_var;

void func1 (int );

int main()

{

static int static_var = -32;

static int static_var_uninit;

int a = 1;

int b;

func1(static_var + global_init_var + a + b);

return a;

}

void func1 (int i)

{

printf("%d\n", i);

}

然后，產生目標文件：

[cpp] view plain copy [root@xuxingwang-centos Program]# gcc -c SimpleSection.c

[root@xuxingwang-centos Program]# file SimpleSection.o

SimpleSection.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped

file命令的結果也告訴我們，這是一個32位ELF的文件，類型是 relocatable ，就是可重定位。所以目標文件又叫做可重定位文件。

elf文件的最開始是elf文件頭信息，32位有52個字節(jié)組成。我們可以使用 readelf 工具來查看一下：

[cpp] view plain copy [root@xuxingwang-centos Program]# readelf -h SimpleSection.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: 224 (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: 11

Section header string table index: 8

Entry point address 指的是程序入口地址，如果是可執(zhí)行文件，這個字段會有值;

他之前的字段是一些說明字段;

Start of program headers 指的是 程序頭表 的起始位置。程序頭表 是從裝載視圖的角度對elf的各個段進行的分類信息;結構和段表相似;

Start of section headers 指出了elf除文件頭以外的最重要的信息：段表 的起始位置。段表包含了各個段的名稱、屬性、大小、位置等重要信息。操作系統(tǒng)首先找到段表，然后根據段表的信息去找到各個段。段表是一個類似數組的結構，一個段的信息是這個數組的一個元素。

Size of this header 指的是頭文件大小，32位都是 52 個字節(jié)，0x34個字節(jié)。

Size of program headers 指的是每個 程序頭表 的大小。

Number of program headers 指的是 程序頭表 的數目。

Size of sections headers 指的是每個 段表 的大小;

Number of section headers 指的是 段表的數量;

Section header string table index 指出了段表當中用到的字符串表在段表中的下標。

文件頭之后，緊跟著的是 程序頭，因為目標文件沒有鏈接，所以沒有裝載信息。我們這里可以先不理會這個東西，以后專門再說他。

程序頭之后就是各個段的數據，我們用工具查看一下：

[cpp] view plain copy [root@xuxingwang-centos Program]# readelf -S SimpleSection.o

There are 11 section headers, starting at offset 0xe0:

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 000020 00 AX 0 0 4

[ 2] .rel.text REL 00000000 0003f4 000010 08 9 1 4

[ 3] .data PROGBITS 00000000 000054 000008 00 WA 0 0 4

[ 4] .bss NOBITS 00000000 00005c 000004 00 WA 0 0 4

[ 5] .rodata PROGBITS 00000000 00005c 000004 00 A 0 0 1

[ 6] .comment PROGBITS 00000000 000060 00002d 01 MS 0 0 1

[ 7] .note.GNU-stack PROGBITS 00000000 00008d 000000 00 0 0 1

[ 8] .shstrtab STRTAB 00000000 00008d 000051 00 0 0 1

[ 9] .symtab SYMTAB 00000000 000298 0000f0 10 10 10 4

[10] .strtab STRTAB 00000000 000388 00006b 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)

各個字段意思依次是：段序號、段名稱、段類型、段虛擬地址、偏移量、大小、ES、標志、Lk、Inf、對齊。

沒有解釋的列可以先不考慮，我們先關注其他幾個列。

第0個段是為了讀取的時候下標不用減1。

緊跟著的就是代碼段，偏移量為0x34，就是說在文件頭結尾之后馬上就是代碼段;

代碼段之后，偏移量 0x54 的地方就是 數據段，占8個字節(jié)，就是程序中已經被賦值的一個全局變量和一個靜態(tài)變量;

緊接著是.bss段，這里只存儲了一個static變量，因為 未初始化的那個全局變量被一種優(yōu)化機制存儲到了 .common 段，這里可以不做理會;

然后是只讀數據段.rodata，這里存儲的是 printf 里面的 %d\n 這三個字符，外加結束符\0，總共4個字節(jié)的空間

我們根據Size這一列來算一下這些段總共占據的空間，(.bss由于不占空間，不用算進來)：

.text 0x20

.data 0x8

.rodata 0x4

.comment 0x2d

.shstrtab 0x51

.rel.text 0x10

.symtab 0xf0

.strtab 0x6b

這里的每一個段都有一個段表元素來描述，總共11個。從頭文件得知，每個元素的大小為40字節(jié)。也就是說段表總共占了 0x1b8 個字節(jié)的空間。而且段表的開始地址由于內存對齊需要，中間空了2個字節(jié)。因為段表的開始地址是第224個字節(jié);

.rel.text 的開始地址也由于內存對齊的要求，補了一個空字節(jié)。