ELF文件格式（1）：概述_elf.exe

前言

ELF，全称Executable and Linking Format，旨在为不同操作环境下提供一组通用的ABI（二进制接口），也是目前Unix和类Unix操作系统使用的标准二进制格式。ELF文件格式定义了可执行程序的静态文件格式，包括文件信息头、段及节等结构，并约定了程序在运行时，程序文件的内容是如何动态加载到内存中以及起始运行地址。

ELF文件类型

ELF文件从字面的意义上来讲，描述的是可执行和链接格式，因此包括可执行文件、目标文件以及动态库都可以采用ELF文件格式进行存储。ELF标准中定义的ELF文件类型主要有以下四种：

Linux下可以使用file命令来查看不同ELF文件类型的格式：

ELF文件的内容

一个标准的ELF文件通常包含了如下几类信息：

• 文件头信息：描述关于文件的整体信息，包括版本号、系统类型以及文件类型等信息；
• 指令和数据：由编译器或汇编器生成的二进制指令和数据；
• 符号信息：该模块中定义的全局符号，以及从其它模块导入的或者有链接器定义的符号；
• 重定位信息：记录文件中符号的重定位信息，对于后续要链接的ELF文件，链接器会使用重定位信息对目标代码进行调整；
• 调试信息：目标代码中与链接无关但会被调试器使用到的其它信息，包括源代码文件和行号信息、本地符号以及目标代码使用的数据结构描述信息。

为了管理上面的信息，ELF文件通常会将这些信息按照不同的属性，以段（Segment）或节（Section）的形式进行存储，常用的段或节包括代码段、数据段、.bss段等。

ELF文件与程序

在实际的开发过程中，我们可能更加关心程序中使用的代码和数据在ELF文件中是如何存储的，对应于上面的指令和数据部分。如下是一个简单的程序被编译成ELF文件后的结构：

程序代码被编译后主要分为两种类型的数据：程序指令和程序数据，其中程序指令通常存储于代码段，程序数据按照其数据属性通常存储于数据段、.bss段等区域：

• 代码段（.text）：存储程序源代码编译后的机器指令；
• 数据段（.data）：存储已初始化全局变量和局部静态变量；
• 未初始化数据段（.bss）：存储未初始化的或初始化为0的全局变量和局部静态变量。

其它可执行文件格式

除了ELF文件格式外，还有一些其它的可执行文件格式：

• a.out：Unix系统早期使用的可执行文件格式，尽管历史悠久，现在已经基本不使用这种格式，但是Linux编译时仍然会使用a.out作为程序的默认名称，算是一种致敬吧；
• .COM：DOS时代使用的文件格式，学生时代如果玩过8086汇编，应该都会遇到；
• PE(Portable Executable)：Windows平台使用的可执行文件格式，典型文件后缀名.exe。

相关参考

• 《程序员的自我修养——链接、装载与库》
• 《链接器和加载器》
• 《Linux二进制分析》
• 《ELF Object File Format》
• 《ELF-64 Object File Format》