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ELF格式文件符号表全解析及readelf命令使用方法

时间：2020-04-20 09:31:50

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readelf命令：/readelf

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1、readelf 命令

示例：hello.c 程序

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){int a=100;printf("hello world!\n");return 0;}

1. 读取 ELF 文件头：readelf -h hello.o

输出结果说明

ELF Header:Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00Class: ELF64Data: 2's complement, little endianVersion: 1 (current)OS/ABI: UNIX - System VABI Version: 0Type: EXEC(Executable file)(.so文件DYN(Shared object file)、.o文件REL(Relocatable file)、Core dump文件(CORE))Machine: Advanced Micro Devices X86-64Version: 0x1Entry point address: 0x400510Start of program headers: 64 (bytes into file)Start of section headers: 3072 (bytes into file)Flags: 0x0Size of this header: 64 (bytes)Size of program headers:56 (bytes)Number of program headers: 8Size of section headers:64 (bytes)Number of section headers: 31Section header string table index:28在 readelf 的输出中：第 1 行，ELF Header: ELF 文件头开始。第 2 行，Magic 魔数，用来指名该文件是一个 ELF 目标文件。第一个字节 7F 是个固定的数；后面的 3 个字节正是 E, L, F 三个字母的 ASCII 形式。第 3 行，CLASS 表示文件类型，这里是 64位的 ELF 格式。第 4 行，Data 表示文件中的数据是按照什么格式组织(大端或小端)的，不同处理器平台数据组织格式可能就不同，如x86平台为小端存储格式。第 5 行，当前 ELF 文件头版本号，这里版本号为 1 。第 6 行，OS/ABI ，指出操作系统类型，ABI 是 Application Binary Interface 的缩写。第 7 行，ABI 版本号，当前为 0 。第 8 行，Type 表示文件类型。ELF 文件有 3 种类型，一种是如上所示的 Relocatable file 可重定位目标文件，一种是可执行文件(Executable)，另外一种是共享库(Shared Library) 。第 9 行，机器平台类型。第 10 行，当前目标文件的版本号。第 11 行，程序的虚拟地址入口点，因为这还不是可运行的程序，故而这里为零。第 12 行，与 11 行同理，这个目标文件没有 Program Headers。第 13 行，sections 头开始处，这里 208 是十进制，表示从地址偏移 0xD0 处开始。第 14 行，是一个与处理器相关联的标志，x86 平台上该处为 0 。第 15 行，ELF 文件头的字节数。第 16 行，因为这个不是可执行程序，故此处大小为 0。第 17 行，同理于第 16 行。第 18 行，sections header 的大小，这里每个 section 头大小为 40 个字节。第 19 行，一共有多少个 section 头，这里是 8 个。第 20 行，section 头字符串表索引号，从 Section Headers 输出部分可以看到其内容的偏移在 0xa0 处，从此处开始到0xcf 结束保存着各个 sections 的名字，如 .data，.text，.bss等。

2. 显示程序头表：readelf -l a.out

上述各段组成了最终在内存中执行的程序，其还提供了各段在虚拟地址空间和物理地址空间中的大小、位置、标志、访问授权和对齐方面的信息。各段语义如下：

PHDR ：保存程序头表 ( Programheader => PHDR)INTERP ：指定程序从可行性文件映射到内存之后，必须调用的解释器。它是通过链接其他库来满足未解析的引用，用于在虚拟地址空间中插入程序运行所需的动态库。LOAD ：表示一个需要从二进制文件映射到虚拟地址空间的段，其中保存了常量数据(如字符串)，程序目标代码等。DYNAMIC ：保存了由动态连接器(即INTERP段中指定的解释器)使用的信息。

3. 读取节头表：readelf -S

读取 .o 文件

段( 也叫做节，类比竹子，一节一节的)说明：

.text：已编译程序的机器代码。.rodata：只读数据，比如：printf 语句中的格式串和开关(switch)语句的跳转表。.data：已初始化的全局C变量。局部C变量在运行时被保存在栈中，既不出现在.data中，也不出现在.bss节中。.bss：未初始化的全局C变量。在目标文件中，未初始化变量不占据实际的空间，它仅仅是一个占位符。目标文件格式区分初始化和未初始化变量是为了空间效率在。.symtab：一个符号表(symbol table)，它存放在程序中被定义和引用的函数和全局变量的信息。一些程序员错误地认为必须通过 -g 选项来编译一个程序，得到符号表信息。实际上，每个可重定位目标文件在 .symtab 中都有一张符号表。然而，和编译器中的符号表不同，.symtab 符号表不包含局部变量的表目。.rel.text：当链接噐把这个目标文件和其他文件结合时，.text节中的许多位置都需要修改。一般而言，任何调用外部函数或者引用全局变量的指令都需要修改。另一方面调用本地函数的指令则不需要修改。注意，可执行目标文件中并不需要重定位信息，因此通常省略，除非使用者显式地指示链接器包含这些信息。.rel.data：被模块定义或引用的任何全局变量的信息。一般而言，任何已初始化全局变量的初始值是全局变量或者外部定义函数的地址都需要被修改。.debug：一个调试符号表，其有些表目是程序中定义的局部变量和类型定义，有些表目是程序中定义和引用的全局变量，有些是原始的C源文件。只有以 -g 选项调用编译驱动程序时，才会得到这张表。.line：原始C源程序中的行号和.text节中机器指令之间的映射。只有以 -g 选项调用编译驱动程序时，才会得到这张表。.strtab：一个字符串表，其内容包括 .symtab 和 .debug 节中的符号表，以及节头部中的节名字。字符串表就是以null结尾的字符串序列。

读取可执行文件

PROGBITS(程序必须解释的信息，如二进制代码)，STRTAB用于存储与ELF格式有关的字符串，但与程序没有直接关联，如各个节的名称(.text, .comment).data保存初始化过的数据，这是普通程序数据的一部分，可以在程序运行期间修改。.rodata保存了只读数据，可以读取但不能修改，例如 print f语句中的所有静态字符串封装到该节。.init和.fini保存了进程初始化和结束所用的代码，这通常是由编译器自动添加的。.hash是一个散列表，允许在不对全表元素进行线性搜索的情况下，快速访问所有符号表项。

4. 符号表机制(readelf -s)

符号表保存了程序实现或使用的所有全局变量和函数，
如果程序引用一个自身代码未定义的符号，则称之为未定义符号，这类引用必须在静态链接期间用其他目标模块或库解决，或在加载时通过动态链接解决。

实现：

.symtab确定符号的名称与其值之间的关联，其中名称不是直接以字符串形式出现的，而是表示为某一字符串数组(.strtab)的索引。.strtab保存了字符串数组(.shstrtab包含了节名称字符串表)。.hash保存了一个散列表，以帮助快速查找符号。

typedef struct elf64_sym {Elf64_Word st_name;// 符号名称，字符串表中的索引STT_OBJECT表示符号关联到一个数据对象，如变量、数组或指针；STT_FUNC表示符号关联到一个函数；STT_NOTYPE表示符号类型未指定，用于未定义引用unsigned char st_info;// 类型和绑定属性：STB_LOCAL/STB_GLOBAL/STB_WEAK；unsigned char st_other;// 语义未定义，0Elf64_Half st_shndx;// 相关节的索引，符号将绑定到该节，此外SHN_ABS指定符号是绝对值，不因重定位而改变，SHN_UNDEF标识未定义符号。Elf64_Addr st_value;// 符号的值Elf64_Xword st_size;// 符号的长度，如一个指针的长度或struct对象中包含的字节数。}Elf64_Sym;