每日总结-第四十三天-ELF文件格式
2020-05-25 本文已影响0人
SamiraG
参考
https://blog.csdn.net/xuehuafeiwu123/article/details/72963229
https://felixzhang00.github.io/2016/12/24/2016-12-24-ELF%E6%96%87%E4%BB%B6%E8%A3%85%E8%BD%BD%E9%93%BE%E6%8E%A5%E8%BF%87%E7%A8%8B%E5%8F%8Ahook%E5%8E%9F%E7%90%86/
ELF文件组成
ELF头部(ELF_Header): 每个ELF文件都必须存在一个ELF_Header,这里存放了很多重要的信息用来描述整个文件的组织,如: 版本信息,入口信息,偏移信息等。程序执行也必须依靠其提供的信息。
程序头部表(Program_Header_Table): 可选的一个表，用于告诉系统如何在内存中创建映像,在图中也可以看出来,有程序头部表才有段,有段就必须有程序头部表。其中存放各个段的基本信息(包括地址指针)。
节区头部表(Section_Header_Table): 类似与Program_Header_Table,但与其相对应的是节区(Section)。
节区(Section): 将文件分成一个个节区，每个节区都有其对应的功能，如符号表，哈希表等。
段(Segment): 将文件分成一段一段映射到内存中。段中通常包括一个或多个节区。
image
ELF头
$ readelf -h main
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF64
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: DYN (Shared object file)
Machine: Advanced Micro Devices X86-64
Version: 0x1
Entry point address: 0x660
Start of program headers: 64 (bytes into file)
Start of section headers: 6616 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 64 (bytes)
Size of program headers: 56 (bytes)
Number of program headers: 9
Size of section headers: 64 (bytes)
Number of section headers: 29
Section header string table index: 28
/* ELF Header */
#define EI_NIDENT 16
typedef struct elfhdr {
unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; /* ELF Identification */
Elf32_Half e_type; /* object file type */
Elf32_Half e_machine; /* machine */
Elf32_Word e_version; /* object file version */
Elf32_Addr e_entry; /* virtual entry point */
Elf32_Off e_phoff; /* program header table offset */
Elf32_Off e_shoff; /* section header table offset */
Elf32_Word e_flags; /* processor-specific flags */
Elf32_Half e_ehsize; /* ELF header size */
Elf32_Half e_phentsize; /* program header entry size */
Elf32_Half e_phnum; /* number of program header entries */
Elf32_Half e_shentsize; /* section header entry size */
Elf32_Half e_shnum; /* number of section header entries */
Elf32_Half e_shstrndx; /* section header table's "section
header string table" entry offset */
} Elf32_Ehdr;
typedef struct {
unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; /* Id bytes */
Elf64_Quarter e_type; /* file type */
Elf64_Quarter e_machine; /* machine type */
Elf64_Half e_version; /* version number */
Elf64_Addr e_entry; /* entry point */
Elf64_Off e_phoff; /* Program hdr offset */
Elf64_Off e_shoff; /* Section hdr offset */
Elf64_Half e_flags; /* Processor flags */
Elf64_Quarter e_ehsize; /* sizeof ehdr */
Elf64_Quarter e_phentsize; /* Program header entry size */
Elf64_Quarter e_phnum; /* Number of program headers */
Elf64_Quarter e_shentsize; /* Section header entry size */
Elf64_Quarter e_shnum; /* Number of section headers */
Elf64_Quarter e_shstrndx; /* String table index */
} Elf64_Ehdr;
e_ident字段含义
ELF Header 中各个字段的说明如表：
image
程序头
ep@EP:/mnt/d/code/linux$ readelf -l main
Elf file type is DYN (Shared object file)
Entry point 0x660
There are 9 program headers, starting at offset 64
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr
FileSiz MemSiz Flags Align
PHDR 0x0000000000000040 0x0000000000000040 0x0000000000000040
0x00000000000001f8 0x00000000000001f8 R 0x8
INTERP 0x0000000000000238 0x0000000000000238 0x0000000000000238
0x000000000000001c 0x000000000000001c R 0x1
[Requesting program interpreter: /lib64/ld-linux-x86-64.so.2]
LOAD 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x00000000000009e8 0x00000000000009e8 R E 0x200000
LOAD 0x0000000000000d98 0x0000000000200d98 0x0000000000200d98
0x0000000000000278 0x0000000000000280 RW 0x200000
DYNAMIC 0x0000000000000da8 0x0000000000200da8 0x0000000000200da8
0x00000000000001f0 0x00000000000001f0 RW 0x8
NOTE 0x0000000000000254 0x0000000000000254 0x0000000000000254
0x0000000000000044 0x0000000000000044 R 0x4
GNU_EH_FRAME 0x00000000000008a4 0x00000000000008a4 0x00000000000008a4
0x000000000000003c 0x000000000000003c R 0x4
GNU_STACK 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x0000000000000000 0x0000000000000000 RW 0x10
GNU_RELRO 0x0000000000000d98 0x0000000000200d98 0x0000000000200d98
0x0000000000000268 0x0000000000000268 R 0x1
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00
01 .interp
02 .interp .note.ABI-tag .note.gnu.build-id .gnu.hash .dynsym .dynstr .gnu.version .gnu.version_r .rela.dyn .rela.plt .init .plt .plt.got .text .fini .rodata .eh_frame_hdr .eh_frame
03 .init_array .fini_array .dynamic .got .data .bss
04 .dynamic
05 .note.ABI-tag .note.gnu.build-id
06 .eh_frame_hdr
07
08 .init_array .fini_array .dynamic .got
可执行文件或者共享目标文件的程序头部是一个结构数组，每个结构描述了一个段 或者系统准备程序执行所必需的其它信息。目标文件的“段”包含一个或者多个“节区”， 也就是“段内容(Segment Contents)”。程序头部仅对于可执行文件和共享目标文件 有意义。 可执行目标文件在 ELF 头部的 e_phentsize和e_phnum 成员中给出其自身程序头部 的大小。程序头部的数据结构:
/* Program Header */
typedef struct {
Elf32_Word p_type; /* segment type */
Elf32_Off p_offset; /* segment offset */
Elf32_Addr p_vaddr; /* virtual address of segment */
Elf32_Addr p_paddr; /* physical address - ignored? */
Elf32_Word p_filesz; /* number of bytes in file for seg. */
Elf32_Word p_memsz; /* number of bytes in mem. for seg. */
Elf32_Word p_flags; /* flags */
Elf32_Word p_align; /* memory alignment */
} Elf32_Phdr;
typedef struct {
Elf64_Half p_type; /* entry type */
Elf64_Half p_flags; /* flags */
Elf64_Off p_offset; /* offset */
Elf64_Addr p_vaddr; /* virtual address */
Elf64_Addr p_paddr; /* physical address */
Elf64_Xword p_filesz; /* file size */
Elf64_Xword p_memsz; /* memory size */
Elf64_Xword p_align; /* memory & file alignment */
} Elf64_Phdr;
其中各个字段说明：
- p_offset 此成员给出从文件头到该段第一个字节的偏移。
- p_vaddr 此成员给出段的第一个字节将被放到内存中的虚拟地址。
- p_paddr 此成员仅用于与物理地址相关的系统中。因为 System V 忽略所有应用程序的物理地址信息，此字段对与可执行文件和共享目标文件而言具体内容是指定的。
- p_filesz 此成员给出段在文件映像中所占的字节数。可以为 0。
- p_memsz 此成员给出段在内存映像中占用的字节数。可以为 0。
- p_flags 此成员给出与段相关的标志。
- p_align 可加载的进程段的 p_vaddr 和 p_offset 取值必须合适，相对于对页面大小的取模而言。此成员给出段在文件中和内存中如何 对齐。数值 0 和 1 表示不需要对齐。否则 p_align 应该是个正整数，并且是 2 的幂次数，p_vaddr 和 p_offset 对 p_align 取模后应该相等。
-
p_type 此数组元素描述的段的类型，或者如何解释此数组元素的信息。具体如下图。
PT_LOAD
一个可执行文件至少有一个PT_LOAD 类型的段。这类程序头描述的是可装载的段，也就是说，这种类型的段将被装载或者映射到内存中。例如，一个需要动态链接的ELF 可执行文件通常包含以下两个可装载的段（类型为PT_LOAD）：
- 存放程序代码的text 段；
- 存放全局变量和动态链接信息的data 段。
PT_DYNAMIC——动态段的Phdr
动态段是动态链接可执行文件所特有的，包含了动态链接器所必需的一些信息。在动态段中包含了一些标记值和指针，包括但不限于以下内容：
- 运行时需要链接的共享库列表；
- 全局偏移表（GOT）的地址
- 重定位条目的相关信息。
PT_INTERP
PT_INTERP 段只将位置和大小信息存放在一个以null 为终止符的字符串中，是对程序解释器位置的描述。例如，/lib/linux-ld.so.2 一般是指动态链接器的位置，也即程序解释器的位置。
PT_PHDR
PT_PHDR 段保存了程序头表本身的位置和大小。Phdr 表保存了所有的Phdr 对文件（以及内存镜像）中段的描述信息。
ELF节头
ep@EP:/mnt/d/code/linux$ readelf -S main
There are 29 section headers, starting at offset 0x19d8:
Section Headers:
[Nr] Name Type Address Offset
Size EntSize Flags Link Info Align
[ 0] NULL 0000000000000000 00000000
0000000000000000 0000000000000000 0 0 0
[ 1] .interp PROGBITS 0000000000000238 00000238
000000000000001c 0000000000000000 A 0 0 1
[ 2] .note.ABI-tag NOTE 0000000000000254 00000254
0000000000000020 0000000000000000 A 0 0 4
[ 3] .note.gnu.build-i NOTE 0000000000000274 00000274
0000000000000024 0000000000000000 A 0 0 4
......
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
l (large), p (processor specific)
节头的数据结构：
/* Section Header */
typedef struct {
Elf32_Word sh_name; /* name - index into section header
string table section */
Elf32_Word sh_type; /* type */
Elf32_Word sh_flags; /* flags */
Elf32_Addr sh_addr; /* address */
Elf32_Off sh_offset; /* file offset */
Elf32_Word sh_size; /* section size */
Elf32_Word sh_link; /* section header table index link */
Elf32_Word sh_info; /* extra information */
Elf32_Word sh_addralign; /* address alignment */
Elf32_Word sh_entsize; /* section entry size */
} Elf32_Shdr;
typedef struct {
Elf64_Half sh_name; /* section name */
Elf64_Half sh_type; /* section type */
Elf64_Xword sh_flags; /* section flags */
Elf64_Addr sh_addr; /* virtual address */
Elf64_Off sh_offset; /* file offset */
Elf64_Xword sh_size; /* section size */
Elf64_Half sh_link; /* link to another */
Elf64_Half sh_info; /* misc info */
Elf64_Xword sh_addralign; /* memory alignment */
Elf64_Xword sh_entsize; /* table entry size */
} Elf64_Shdr;
各个字段的解释如下:
sh_type 字段 节区类型定义：
常用节区:
节与段
节，不是段。段是程序执行的必要组成部分，在每个段中，会有代码或者数据被划分为不同的节。节头表是对这些节的位置和大小的描述，主要用于链接和调试。节头对于程序的执行来说不是必需的，没有节头表，程序仍可以正常执行，因为节头表没有对程序的内存布局进行描述，对程序内存布局的描述是程序头表的任务。节头是对程序头的补充。readelf –l 命令可以显示一个段对应有哪些节，可以很直观地看到节和段之间的关系。
如果二进制文件中缺少节头，并不意味着节就不存在。只是没有办法通过
节头来引用节，对于调试器或者反编译程序来说，只是可以参考的信息变少了而已。
字符串表（String Table）
字符串表节区包含以 NULL(ASCII 码 0)结尾的字符序列，通常称为字符串。ELF 目标文件通常使用字符串来表示符号和节区名称。对字符串的引用通常以字符串在字符串表中的下标给出。
比如下面这样：
那么偏移与他们对用的字符串如下表:
!](https://img.haomeiwen.com/i11884068/f4e855e0a0f35dd7.jpg?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
这样在ELF中引用字符串只需要给出一个数组下标即可。字符串表在ELF也以段的形式保存，常见的段名为”.strtab”或”.shstrtab”。这两个字符串表分别为字符串表(String Table)和段表字符串表(Header String Table)，字符串表保存的是普通的字符串，而段表字符串表用来保存段表中用到的字符串，比如段名。
在使用、分析字符串表时，要注意以下几点:
- 字符串表索引可以引用节区中任意字节。
- 字符串可以出现多次
- 可以存在对子字符串的引用
- 同一个字符串可以被引用多次。
- 字符串表中也可以存在未引用的字符串。
符号表（Symbol Table）
目标文件的符号表中包含用来定位、重定位程序中符号定义和引用的信息。符号表 索引是对此数组的索引。索引 0 表示表中的第一表项，同时也作为 定义符号的索引。
/* Symbol Table Entry */
typedef struct elf32_sym {
Elf32_Word st_name; /* name - index into string table */
Elf32_Addr st_value; /* symbol value */
Elf32_Word st_size; /* symbol size */
unsigned char st_info; /* type and binding */
unsigned char st_other; /* 0 - no defined meaning */
Elf32_Half st_shndx; /* section header index */
} Elf32_Sym;
typedef struct {
Elf64_Half st_name; /* Symbol name index in str table */
Elf_Byte st_info; /* type / binding attrs */
Elf_Byte st_other; /* unused */
Elf64_Quarter st_shndx; /* section index of symbol */
Elf64_Xword st_value; /* value of symbol */
Elf64_Xword st_size; /* size of symbol */
} Elf64_Sym;
各个字段的含义如下:
符号是对某些类型的数据或者代码（如全局变量或函数）的符号引用。例如，printf()函数会在动态符号表
.dynsym 中存有一个指向该函数的符号条目。在大多数共享库和动态链接可执行文件中，存在两个符号表。如前面使用readelf –S 命令输出的内容中，可以看到有两个节：.dynsym和.symtab。.dynsym保存了引用来自外部文件符号的全局符号，如printf 这样的库函数，.dynsym 保存的符号是.symtab 所保存符号的子集，.symtab 中还保存了可执行文件的本地符号，如全局变量，或者代码中定义的本地函数等。因此，.symtab 保存了所有的符号，而.dynsym 只保存动态/全局符号。因此，就存在这样一个问题：既然
.symtab 中保存了.dynsym 中所有的符号，那么为什么还需要两个符号表呢？使用readelf –S 命令查看可执行文件的输出，可以看到一部分节被标记为了A（ALLOC）、WA（WRITE/ALLOC）或者AX（ALLOC/EXEC）。.dynsym 是被标记了ALLOC 的，而.symtab则没有标记。ALLOC 表示有该标记的节会在运行时分配并装载进入内存，而
.symtab不是在运行时必需的，因此不会被装载到内存中。.dynsym 保存的符号只能在运行时被解析，因此是运行时动态链接器所需要的唯一符号。.dynsym 符号表对于动态链接可执行文件的执行来说是必需的，而.symtab 符号表只是用来进行调试和链接的，有时候为了节省空间，会将.symtab符号表从生产二进制文件中删掉。
ep@EP:/mnt/d/code/linux$ readelf -s main
Symbol table '.dynsym' contains 11 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_deregisterTMCloneTab
2: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND puts@GLIBC_2.2.5 (2)
3: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND printf@GLIBC_2.2.5 (2)
4: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND read@GLIBC_2.2.5 (2)
5: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@GLIBC_2.2.5 (2)
6: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__
7: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND malloc@GLIBC_2.2.5 (2)
8: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_registerTMCloneTable
9: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND sleep@GLIBC_2.2.5 (2)
10: 0000000000000000 0 FUNC WEAK DEFAULT UND __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5 (2)
Symbol table '.symtab' contains 67 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000238 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 0000000000000254 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 0000000000000274 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
4: 0000000000000298 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4
5: 00000000000002b8 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5
6: 00000000000003c0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 6
7: 000000000000045c 0 SECTION LOCAL DEFAULT 7
8: 0000000000000478 0 SECTION LOCAL DEFAULT 8
9: 0000000000000498 0 SECTION LOCAL DEFAULT 9
10: 0000000000000558 0 SECTION LOCAL DEFAULT 10
11: 00000000000005d0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 11
12: 00000000000005f0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 12
13: 0000000000000650 0 SECTION LOCAL DEFAULT 13
14: 0000000000000660 0 SECTION LOCAL DEFAULT 14
15: 0000000000000864 0 SECTION LOCAL DEFAULT 15
16: 0000000000000870 0 SECTION LOCAL DEFAULT 16
17: 00000000000008a4 0 SECTION LOCAL DEFAULT 17
18: 00000000000008e0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 18
19: 0000000000200d98 0 SECTION LOCAL DEFAULT 19
20: 0000000000200da0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 20
21: 0000000000200da8 0 SECTION LOCAL DEFAULT 21
22: 0000000000200f98 0 SECTION LOCAL DEFAULT 22
23: 0000000000201000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 23
24: 0000000000201010 0 SECTION LOCAL DEFAULT 24
25: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 25
26: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS crtstuff.c
27: 0000000000000690 0 FUNC LOCAL DEFAULT 14 deregister_tm_clones
28: 00000000000006d0 0 FUNC LOCAL DEFAULT 14 register_tm_clones
29: 0000000000000720 0 FUNC LOCAL DEFAULT 14 __do_global_dtors_aux
30: 0000000000201010 1 OBJECT LOCAL DEFAULT 24 completed.7698
31: 0000000000200da0 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 20 __do_global_dtors_aux_fin
32: 0000000000000760 0 FUNC LOCAL DEFAULT 14 frame_dummy
33: 0000000000200d98 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 19 __frame_dummy_init_array_
34: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS main.c
35: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS crtstuff.c
36: 00000000000009e4 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 18 __FRAME_END__
37: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS
38: 0000000000200da0 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT 19 __init_array_end
39: 0000000000200da8 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 21 _DYNAMIC
40: 0000000000200d98 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT 19 __init_array_start
41: 00000000000008a4 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT 17 __GNU_EH_FRAME_HDR
42: 0000000000200f98 0 OBJECT LOCAL DEFAULT 22 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
43: 0000000000000860 2 FUNC GLOBAL DEFAULT 14 __libc_csu_fini
44: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _ITM_deregisterTMCloneTab
45: 0000000000201000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT 23 data_start
46: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND puts@@GLIBC_2.2.5
47: 0000000000201010 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 23 _edata
48: 0000000000000864 0 FUNC GLOBAL DEFAULT 15 _fini
49: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND printf@@GLIBC_2.2.5
50: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND read@@GLIBC_2.2.5
51: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@@GLIBC_
52: 0000000000201000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 23 __data_start
53: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND __gmon_start__
54: 0000000000201008 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 23 __dso_handle
55: 0000000000000870 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 16 _IO_stdin_used
56: 00000000000007f0 101 FUNC GLOBAL DEFAULT 14 __libc_csu_init
57: 0000000000000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND malloc@@GLIBC_2.2.5
58: 0000000000201018 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 24 _end
59: 0000000000000660 43 FUNC GLOBAL DEFAULT 14 _start
60: 0000000000201010 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 24 __bss_start
61: 000000000000076a 126 FUNC GLOBAL DEFAULT 14 main
62: 0000000000201010 0 OBJECT GLOBAL HIDDEN 23 __TMC_END__
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