模仿实现Linux下 $readelf$ 工具部分功能

完整实现：

https://github.com/JiaZhengJingXianSheng/ReadELF

ELF 目标文件格式的最前部是 ELF文件头 (ELF Header) ,它包含了描述整个文件的基本属性，比如 ELF 文件版本、目标机器型号、程序入口地址等。紧接是 ELF 文件各个段。其中ELF 文件中与段有关的重要结构就是 段表 (Section Header Table) ,该表描述了ELF 文件包含的所有段的信息，比如每个段的段名、段的长度、在文件中的偏移、读写权限及段的其他属性。

在 linux 下elf的定义存放在 $/usr/include$ 下, 我们可以用 $readelf -h$ 命令加上文件来查看ELF头文件。

1
vim /usr/include/elf.h

ELF 的文件头中定义了 ELF 魔数、文件机器字节长度、数据存储方式、版本、运行平台、ABI版本、ELF 重定位类型、硬件平台、硬件平台版本，入口地址、程序头入口和长度、段表的位置和长度及段的数量等。

详细请参照： https://mp.weixin.qq.com/s/ZOvHG_ofiU6iWtoSR9bFow

头文件 -h功能

我们拿 ELF 文件头结构跟前面readelf输出的 ELF 文件头信息相比照，可以看到输出的信息与 ELF 文件头中的结构很多都一一对应。有点例外的是 “Elf64_ Ehdr” 中的e_ident这个成员对应了readelf 输出结果中的“Class”、Data”、“Version”、“OS/ABI”和“ABI Version”这5个参数。剩下的参数与“EIf64_ Ehdr”中的成员都一一对应。

细节请参照：https://www.cnblogs.com/jiqingwu/p/elf_explore_2.html

所以我们在c语言实现时，只需要按照结构体定义依次取值，并判断输出。下面提供简单部分代码，完整代码会附在文章开头。其中reinterpret_cast运算符是用来处理无关类型之间的转换；它会产生一个新的值，这个值会有与原始参数（expression）有完全相同的比特位。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
const Elf64_Ehdr *header;
      header = reinterpret_cast<Elf64_Ehdr *>(programMMap);

      printf("Magic:\t\t\t\t\t");
      for (int i = 0; i < 16; ++i)
      {
          printf("%02x ", header->e_ident[i]);
      }
      printf("\n");

      printf("类型:\t\t\t\t\t");
      switch (header->e_ident[4])
      {
      case 0:
          printf("无效\n");
          break;
      case 1:
          printf("ELF32\n");
          break;
      case 2:
          printf("Elf64\n");
          break;
      default:
          printf("错误\n");
          break;
      }

      printf("数据存储方式:\t\t\t\t");
      switch (header->e_ident[5])
      {
      case 0:
          printf("未知格式\n");
          break;
      case 1:
          printf("二进制补码 小端存储\n");
          break;
      case 2:
          printf("二进制补码 大端存储\n");
          break;
      default:
          printf("错误\n");
          break;
      }

      printf("版本:\t\t\t\t\t");
      printf("%d\n", (int)header->e_ident[8]);
      //部分代码

段表 -S功能

ELF 文件中有很多各种各样的段，这个段表 (Section Header Table）就是保存这些段的基本属性的结构。段表是 ELF 文件中除了文件头以外最重要的结构，它描述了ELF 的各个段的信息，比如每个段的段名、段的长度、在文件中的偏移、读写权限及段的其他属性。也就是说，ELF 文件的段结构就是由段表决定的，编译器、链接器和装载器都是依靠段表来定位和访问各个段的属性的。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
lyz@ubuntu:~/Desktop/LinuxHomework1/build$ readelf -S print 
There are 31 section headers, starting at offset 0x3978:

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         0000000000000318  00000318
       000000000000001c  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 2] .note.gnu.propert NOTE             0000000000000338  00000338
       0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     8
  [ 3] .note.gnu.build-i NOTE             0000000000000358  00000358
       0000000000000024  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 4] .note.ABI-tag     NOTE             000000000000037c  0000037c
       0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 5] .gnu.hash         GNU_HASH         00000000000003a0  000003a0
       0000000000000024  0000000000000000   A       6     0     8
  [ 6] .dynsym           DYNSYM           00000000000003c8  000003c8
       00000000000000a8  0000000000000018   A       7     1     8
  [ 7] .dynstr           STRTAB           0000000000000470  00000470
       00000000000000b7  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 8] .gnu.version      VERSYM           0000000000000528  00000528
       000000000000000e  0000000000000002   A       6     0     2
  [ 9] .gnu.version_r    VERNEED          0000000000000538  00000538
       0000000000000020  0000000000000000   A       7     1     8
  [10] .rela.dyn         RELA             0000000000000558  00000558
       00000000000000c0  0000000000000018   A       6     0     8
  [11] .rela.plt         RELA             0000000000000618  00000618
       0000000000000018  0000000000000018  AI       6    24     8
  [12] .init             PROGBITS         0000000000001000  00001000
       000000000000001b  0000000000000000  AX       0     0     4
  [13] .plt              PROGBITS         0000000000001020  00001020
       0000000000000020  0000000000000010  AX       0     0     16
  [14] .plt.got          PROGBITS         0000000000001040  00001040
       0000000000000010  0000000000000010  AX       0     0     16
  [15] .plt.sec          PROGBITS         0000000000001050  00001050
       0000000000000010  0000000000000010  AX       0     0     16
  [16] .text             PROGBITS         0000000000001060  00001060
       0000000000000185  0000000000000000  AX       0     0     16
  [17] .fini             PROGBITS         00000000000011e8  000011e8
       000000000000000d  0000000000000000  AX       0     0     4
  [18] .rodata           PROGBITS         0000000000002000  00002000
       0000000000000004  0000000000000004  AM       0     0     4
  [19] .eh_frame_hdr     PROGBITS         0000000000002004  00002004
       0000000000000044  0000000000000000   A       0     0     4
  [20] .eh_frame         PROGBITS         0000000000002048  00002048
       0000000000000108  0000000000000000   A       0     0     8
  [21] .init_array       INIT_ARRAY       0000000000003d98  00002d98
       0000000000000008  0000000000000008  WA       0     0     8
  [22] .fini_array       FINI_ARRAY       0000000000003da0  00002da0
       0000000000000008  0000000000000008  WA       0     0     8
  [23] .dynamic          DYNAMIC          0000000000003da8  00002da8
       0000000000000210  0000000000000010  WA       7     0     8
  [24] .got              PROGBITS         0000000000003fb8  00002fb8
       0000000000000048  0000000000000008  WA       0     0     8
  [25] .data             PROGBITS         0000000000004000  00003000
       0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8
  [26] .bss              NOBITS           0000000000004010  00003010
       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     1
  [27] .comment          PROGBITS         0000000000000000  00003010
       000000000000002a  0000000000000001  MS       0     0     1
  [28] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  00003040
       0000000000000618  0000000000000018          29    46     8
  [29] .strtab           STRTAB           0000000000000000  00003658
       0000000000000203  0000000000000000           0     0     1
  [30] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  0000385b
       000000000000011a  0000000000000000           0     0     1
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)

我们通过起始地址加上e_shoff来指向我们的段表，并根据具体细节判断输出。

1
sTable = reinterpret_cast<Elf64_Shdr *>(programMMap + header->e_shoff);

-s 功能

ELF符号表定义如下

接下来我们用段表的段偏移当作索引去找拿出他的symbol_table，并判断是否为 $.dynamic和.symtab$ 根据具体对应值输出即可。

详细对应关系在 $/usr/include/elf.h$ 宏定义的备注。

细节可参考：https://bbs.pediy.com/thread-255670.htm

参考链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/ZOvHG_ofiU6iWtoSR9bFow

https://bbs.pediy.com/thread-255670.htm

https://github.com/cyyzero/readelf

https://www.cnblogs.com/jiqingwu/p/elf_explore_2.html

参考书目：

《程序员的自我修养》 俞甲子、石凡、潘爱民著