关于计算机文件的类别繁多，今天我将分享一种被用于二进制文件、可执行文件、目标代码、共享库和核心转储格式文件的文件格式。

一、ELF文件简介

ELF（Executable and Linkable Format）是可执行和可链接格式的缩写。

首先，我们需要了解的是，对象文件(Object files)分为三种类型：

1）可重定向文件：这些文件保存代码和相应的数据，用于与其他目标文件一起创建可执行文件或共享目标文件。（也称为目标文件或静态库文件，通常具有.a或.o的后缀）

2）可执行文件：这些文件保存用于执行的程序。（例如bash、gcc等）

3）共享目标文件：这些文件是共享库。它们保存代码和适当的数据，用于由链接器和动态链接器进行链接。

二、ELF文件格式

ELF文件格式提供了链接视图和执行视图两种视角。

链接视图是以节（section）为单位，执行视图是以段（segment）为单位。链接视图就是在链接时用到的视图，而执行视图则是在执行时用到的视图。上图左侧的视角是从链接来看的，右侧的视角是执行来看的。总个文件可以分为四个部分：

• ELF header：描述整个文件的组织。
• Program Header Table: 描述文件中的各种segments，用来告诉系统如何创建进程映像的。
• sections 或者 segments：segments是从运行的角度来描述elf文件，sections是从链接的角度来描述elf文件，也就是说，在链接阶段，我们可以忽略program header table来处理此文件，在运行阶段可以忽略section header table来处理此程序（所以很多加固手段删除了section header table）。从图中我们也可以看出，segments与sections是包含的关系，一个segment包含若干个section。
• Section Header Table: 包含了文件各个segction的属性信息，我们都将结合例子来解释。

程序头部表（Program Header Table），如果存在的话，告诉系统如何创建进程映像。

节区头部表（Section Header Table）包含了描述文件节区的信息，比如大小、偏移等。

如下图，可以通过执行命令”readelf -S android_server”来查看该可执行文件中有哪些section。

通过执行命令readelf –segments android_server，可以查看该文件的执行视图。

这验证了第一张图中所述，segment是section的一个集合，sections按照一定规则映射到segment。那么为什么需要区分两种不同视图？

当ELF文件被加载到内存中后，系统会将多个具有相同权限（flg值）section合并一个segment。操作系统往往以页为基本单位来管理内存分配，一般页的大小为4096B，即4KB的大小。同时，内存的权限管理的粒度也是以页为单位，页内的内存是具有同样的权限等属性，并且操作系统对内存的管理往往追求高效和高利用率这样的目标。ELF文件在被映射时，是以系统的页长度为单位的，那么每个section在映射时的长度都是系统页长度的整数倍，如果section的长度不是其整数倍，则导致多余部分也将占用一个页。而我们从上面的例子中知道，一个ELF文件具有很多的section，那么会导致内存浪费严重。这样可以减少页面内部的碎片，节省了空间，显著提高内存利用率。

需要注意地是：尽管图中显示的各个组成部分是有顺序的，实际上除了 ELF 头部表以外，其他节区和段都没有规定的顺序。

三、ELF Header

首先，我们先来看下32位ELF文件中常用的数据格式：

然后我们来观察一下ELF Header的结构体：

#define EI_NIDENT 16
typedef struct {
       unsigned char e_ident[EI_NIDENT];
       ELF32_Half e_type;
       ELF32_Half e_machine;
       ELF32_Word e_version;
       ELF32__Addr e_entry;
       ELF32_Off e_phoff;
       ELF32_Off e_shoff;
       ELF32_Word e_flags;
       ELF32_Half e_ehsize;
       ELF32_Half e_phentsize;
       ELF32_Half e_phnum;
       ELF32_Half e_shentsize;
       ELF32_Half e_shnum;
       ELF32_Half e_shstrndx;
}Elf32_Ehdr;

e_ident ：ELF的一些标识信息，前四位为.ELF,其他的信息比如大小端等
e_machine ：文件的目标体系架构，比如ARM
e_version : 0为非法版本，1为当前版本
e_entry ：程序入口的虚拟地址
e_phoff ：程序头部表偏移地址
e_shoff ：节区头部表偏移地址
e_flags ：保存与文件相关的，特定于处理器的标志
e_ehsize ：ELF头的大小
e_phentsize ：每个程序头部表的大小
e_phnum ：程序头部表的数量
e_shentsize：每个节区头部表的大小
e_shnum ：节区头部表的数量
e_shstrndx：节区字符串表位置

接着运行readelf -h android_server命令，可以看到ELF Header结构的内容。

或者使用010Editor的ELF模板也可以看到ELF Header结构。对比以下三类ELF文件，我们得到了以下结论：

1、e_type标识了文件类型

2、Relocatable File（.o文件）不需要执行，因此e_entry字段为0，且没有Program Header Table等执行视图

3、不同类型的ELF文件的Section也有较大区别，比如只有Relocatable File有.strtab节。

Shared Object File（.so文件）

Executable File（可执行文件android_server）

Relocatable File（.o文件）

四、Section Header Table

一个ELF文件中到底有哪些具体的 sections，由包含在这个ELF文件中的 section head table(SHT)决定。在SHT中，针对每一个section，都设置有一个条目（entry），用来描述对应的这个section，其内容主要包括该 section 的名称、类型、大小以及在整个ELF文件中的字节偏移位置等等。我们也可以在TISCv1.2规范中找到SHT表中条目的C结构定义：

typedef struct{
    Elf32_Word sh_name;   //节区名，是节区头部字符串表节区（Section Header String Table Section）的索引。名字是一个 NULL 结尾的字符串。
    Elf32_Word sh_type;    //为节区类型
    Elf32_Word sh_flags;    //节区标志
    Elf32_Addr sh_addr;    //如果节区将出现在进程的内存映像中，此成员给出节区的第一个字节应处的位置。否则，此字段为 0。
    Elf32_Off sh_offset;    //此成员的取值给出节区的第一个字节与文件头之间的偏移。
    Elf32_Word sh_size;   //此 成 员 给 出 节 区 的 长 度 （ 字 节 数 ）。
    Elf32_Word sh_link;   //此成员给出节区头部表索引链接。其具体的解释依赖于节区类型。
    Elf32_Word sh_info;       //此成员给出附加信息，其解释依赖于节区类型。
    Elf32_Word sh_addralign;    //某些节区带有地址对齐约束.
    Elf32_Word sh_entsize;    //某些节区中包含固定大小的项目，如符号表。对于这类节区，此成员给出每个表项的长度字节数。
}Elf32_Shdr;

sh_type的取值如下:

五、Section

有些节区是系统预订的，一般以点开头号，因此，我们有必要了解一些常用到的系统节区。

六、Program Header Table

程序头部（Program Header）描述与程序执行直接相关的目标文件结构信息。用来在文件中定位各个段的映像。同时包含其他一些用来为程序创建映像所必须的信息。
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须的其他信息。目标文件的“段”包含一个或者多个“节区”，也就是“段内容（Segment Contents）”。程序头部仅对可执行文件和共享目标文件有意义。

程序头部的数据结构如下：

typedef struct {  
    Elf32_Word 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。 
    Elf32_Off  p_offset;           //此成员给出从文件头到该段第一个字节的偏移
    Elf32_Addr 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
    Elf32_Addr p_paddr;        //此成员仅用于与物理地址相关的系统中。System V忽略所有应用程序的物理地址信息。
    Elf32_Word p_filesz;         //此成员给出段在文件映像中所占的字节数。可以为0。
    Elf32_Word p_memsz;     //此成员给出段在内存映像中占用的字节数。可以为0。
    Elf32_Word p_flags;         //此成员给出与段相关的标志。
    Elf32_Word p_align;        //此成员给出段在文件中和内存中如何对齐。
} Elf32_phdr;

p_type：

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