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ELF-如何学习

news 2025/5/10 9:36:20

研究 ELF（Executable and Linkable Format） 文件格式是理解热补丁技术（尤其是用户态热补丁）的关键基础。ELF 是 Linux 系统中可执行文件、共享库（.so）和目标文件（.o）的标准格式。以下是系统学习 ELF 文件格式的路径和资源建议：

ELF 文件类型：
- 可执行文件（Executable）：可直接运行的程序（如 /bin/bash）。
- 共享对象（Shared Object）：动态链接库（如 .so 文件）。
- 可重定位文件（Relocatable）：编译生成的中间目标文件（.o 文件）。
ELF 结构组成：
- ELF Header：文件头，描述文件类型、架构、入口地址等元信息。
- Program Header Table：程序头表，定义如何将文件加载到内存（对可执行文件关键）。
- Section Header Table：节头表，描述文件中的各个节（Section）的详细信息。
- Sections：实际存储代码、数据、符号表、重定位信息等的区域（如 .text, .data, .symtab）。

ELF Header：通过 readelf -h <file> 查看。
- 关键字段：e_type（文件类型）、e_entry（入口地址）、e_phoff（程序头表偏移）、e_shoff（节头表偏移）。
Program Header：描述段（Segment）信息，用于加载到内存。
- 关键字段：p_type（段类型，如 PT_LOAD）、p_offset（文件内偏移）、p_vaddr（虚拟地址）。
Section Header：描述节（Section）信息。
- 关键字段：sh_name（节名称）、sh_type（类型，如 SHT_PROGBITS）、sh_addr（内存地址）。

ELF 官方标准：
- 阅读 ELF-64 Object File Format（PDF），这是最权威的规范文档。
书籍：
- 《Linkers and Loaders》（John R. Levine）：讲解链接与加载过程，涵盖 ELF 的实践应用。
- 《程序员的自我修养：链接、装载与库》：中文经典，深入浅出。

入门教程：
- ELF 文件格式详解（适合快速上手）。
- ELF 101（分三部分讲解）。
工具实践：
- readelf：Linux 自带的 ELF 分析工具（例如 readelf -S <file> 查看节头表）。
- objdump：反汇编工具（如 objdump -d <file> 查看代码段）。
- hexdump 或 xxd：直接查看二进制内容。
- nm：查看符号表（如 nm -D libfoo.so）。

动态链接过程：
- 理解 LD_PRELOAD、dlopen()、dlsym() 的工作原理。
- 学习 PLT（Procedure Linkage Table） 和 GOT（Global Offset Table） 的机制。
关键节（Sections）：
- .dynamic：动态链接信息。
- .dynsym：动态符号表。
- .rela.dyn 和 .rela.plt：重定位表。

查看 ELF 头：
```
readelf -h /bin/ls
```
- 观察文件类型（EXEC）、入口地址、节头表和程序头表的位置。
分析节头表：
```
readelf -S /bin/ls
```
- 找到 .text（代码）、.data（初始化的全局变量）、.rodata（只读数据）、.symtab（符号表）等关键节。
分析程序头表：
```
readelf -l /bin/ls
```
- 查看哪些段（Segment）会被加载到内存（如 LOAD 类型）。

查看符号表：

nm /bin/ls      # 静态符号表
nm -D /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6  # 动态符号表

Python 工具：

使用 pyelftools 库（示例代码见其 GitHub）：

from elftools.elf.elffile import ELFFile
with open('test.o', 'rb') as f:elf = ELFFile(f)print("Entry point: 0x{:x}".format(elf.header['e_entry']))

GOT/PLT Hook 实验：
1. 编写一个简单的共享库 libfoo.so，通过 LD_PRELOAD 覆盖其函数。
2. 使用 objdump -d libfoo.so 观察 PLT 和 GOT 条目。
重定位分析：
- 修改共享库中的一个函数，观察 .rela.plt 中的重定位条目如何变化。

符号表（Symbol Table）：
- 热补丁需要替换函数符号，需理解 st_name（符号名）、st_value（地址）、st_shndx（所属节）。
重定位表（Relocation Table）：
- 热补丁需处理重定位信息（如 R_X86_64_JUMP_SLOT 类型）。
动态段（.dynamic）：
- 包含动态链接所需的依赖库、符号版本等信息。
代码段（.text）与数据段（.data）：
- 热补丁需确保补丁代码的地址与原代码的兼容性。

工具：
- readelf, objdump, nm, gdb, strace。
代码库：
- pyelftools、libelf。
文章：
- How To Write A Shared Library（Ulrich Drepper）。
- PLT and GOT - The Key to Code Sharing and Dynamic Libraries。