Az ELF fájlformátum megértése

A forráskódtól a bináris kódig

A programozás azzal kezdődik, hogy van egy okos ötletünk, és a forráskódot egy tetszőleges programozási nyelven, például C -ben írjuk, és a forráskódot fájlba mentjük. Egy megfelelő fordító, például a GCC segítségével a forráskódot először objektumkódra fordítják le. Végül a linker lefordítja az objektumkódot egy bináris fájlba, amely összekapcsolja az objektumkódot a hivatkozott könyvtárakkal. Ez a fájl az egyetlen utasításokat gépi kódként tartalmazza, amelyeket a CPU megért, és a fordított program futtatása után végrehajtásra kerülnek.

A fent említett bináris fájl egy speciális struktúrát követ, és az egyik leggyakoribb az ELF név, amely a végrehajtható és a linkelhető formátumot rövidíti. Széles körben használják futtatható fájlokhoz, áthelyezhető objektumfájlokhoz, megosztott könyvtárakhoz és alapvető lerakatokhoz.

Húsz évvel ezelőtt-1999-ben-a 86open projekt az ELF-et választotta szabványos bináris fájlformátumként a Unix és Unix-szerű rendszerekhez x86 processzorokon. Szerencsére az ELF formátumot korábban már dokumentálták a System V Application Binary Interface és a Tool Interface Standard [4] szabványokban. Ez a tény rendkívül leegyszerűsítette a Unix-alapú operációs rendszerek különböző gyártói és fejlesztői közötti szabványosítási megállapodást.

Ennek a döntésnek az oka az ELF kialakítása volt-rugalmasság, bővíthetőség és platformok közötti támogatás a különböző endiánus formátumokhoz és címméretekhez. Az ELF tervezése nem korlátozódik egy adott processzorra, utasításkészletre vagy hardver architektúrára. A végrehajtható fájlformátumok részletes összehasonlítását itt találja [3].

Azóta az ELF formátumot számos különböző operációs rendszer használja. Ide tartozik többek között a Linux, a Solaris/Illumos, a Free-, a Net- és az OpenBSD, a QNX, a BeOS/Haiku és a Fuchsia OS [2]. Továbbá megtalálható Android, Maemo vagy Meego OS/Sailfish operációs rendszert futtató mobileszközökön, valamint olyan játékkonzolokon, mint a PlayStation Portable, a Dreamcast és a Wii.

A specifikáció nem tisztázza az ELF fájlok fájlnévkiterjesztését. Különféle betűkombinációk használatban vannak, például .axf, .bin, .elf, .o, .prx, .puff, .ko, .so és .mod, vagy nincs.

Az ELF fájl felépítése

Linux terminálon a man elf parancs egy praktikus összefoglalót ad az ELF fájl felépítéséről:

1. lista: Az ELF struktúra kezelőlapja

Amint a fenti leírásból látható, az ELF fájl két részből áll - egy ELF fejlécből és a fájladatokból. A fájladat -szakasz tartalmazhat egy programfejléc -táblázatot, amely nulla vagy több szegmenst ír le, egy szakaszfejléc -táblázatot, amely leírja a nulla vagy több szakaszt, amelyet a programfejléc -táblázat bejegyzései által hivatkozott adatok követnek, és a szakaszfejléc -táblázatot. Minden szegmens olyan információkat tartalmaz, amelyek a fájl futási idejű végrehajtásához szükségesek, míg a szakaszok fontos adatokat tartalmaznak az összekapcsoláshoz és az áthelyezéshez. Az 1. ábra ezt sematikusan szemlélteti.

Az ELF fejléce

Az ELF fejléc 32 bájt hosszú, és azonosítja a fájl formátumát. Négy egyedi bájtos szekvenciával kezdődik, amelyek 0x7F, majd 0x45, 0x4c és 0x46, amelyek három E, L és F betűvé alakulnak. Többek között a fejléc azt is jelzi, hogy ez egy ELF fájl 32 vagy 64 bites formátum, kis vagy nagy végtelenséget használ, megmutatja az ELF verziót, valamint azt, hogy a fájl melyik operációs rendszerhez lett összeállítva, hogy együttműködjön a megfelelő alkalmazás bináris interfésszel (ABI) és a CPU utasításkészlettel.

A bináris fájl érintésének hexdumpja a következőképpen néz ki:

. 2. lista: A bináris fájl hexdumpja

A Debian GNU/Linux felajánlja a GNU „binutils” csomagban található readelf parancsot. A -h kapcsolóval együtt (rövid verzió a –file -header számára) szépen megjeleníti az ELF fájl fejlécét. A 3. lista ezt szemlélteti a parancsérintéshez.

. 3. lista: ELF fájl fejlécének megjelenítése

A program fejléce

A program fejléce megmutatja a futás közben használt szegmenseket, és megmondja a rendszernek, hogyan hozhat létre folyamatképet. A 2. lista fejléce azt mutatja, hogy az ELF fájl 9 programfejlécből áll, amelyek egyenként 56 bájtosak, és az első fejléc 64 bájtnál kezdődik.

Ismét a readelf parancs segít kinyerni az információkat az ELF fájlból. Az -l kapcsoló (a –program -fejlécek vagy –szegmensek rövidítése) további részleteket tár fel, amint azt a 4. lista mutatja.

. 4. lista: Információk megjelenítése a program fejléceiről

A szakasz fejléce

Az ELF szerkezet harmadik része a szakaszfejléc. Célja a bináris egyes szakaszainak felsorolása. A -S kapcsoló (röviden –section -headers vagy –sections) felsorolja a különböző fejléceket. Ami az érintőparancsot illeti, 27 szakaszfejléc van, és az 5. lista csak az első négyet és az utolsót mutatja. Minden sor lefedi a szakasz méretét, a szakasz típusát, valamint címét és memóriaeltolását.

. 5. lista: A szakasz részletei önmaguk által felfedve

Eszközök egy ELF fájl elemzéséhez

Amint azt a fenti példákból már megjegyezte, a GNU/Linux számos hasznos eszközzel rendelkezik, amelyek segítenek az ELF fájl elemzésében. Az első jelölt, akit megvizsgálunk, a fájl segédprogram.

fájl alapvető információkat jelenít meg az ELF fájlokról, beleértve azokat az utasításkészletek architektúráját, amelyekhez az áthelyezhető, végrehajtható vagy megosztott objektumfájlban található kódot szánják. A 6. listában azt mondja, hogy a/bin/touch egy 64 bites futtatható fájl, amely a Linux Standard Base (LSB) szabványt követi, dinamikusan összekapcsolva, és a GNU/Linux 2.6.32-es verzióhoz készült.

. 6. lista: Alapvető információk fájl használatával

A második jelölt önmaga. Részletes információkat jelenít meg egy ELF fájlról. A kapcsolók listája viszonylag hosszú, és lefedi az ELF formátum minden aspektusát. A -n kapcsolóval (röviden –notes) A ​​7. lista csak azokat a megjegyzésrészeket mutatja, amelyek a fájl érintésében léteznek -az ABI verziócímkét és a build azonosító bitstringet.

. 7. lista: Az ELF fájl kiválasztott szakaszainak megjelenítése

Vegye figyelembe, hogy a Solaris és a FreeBSD alatt az elfdump segédprogram [7] megfelel a readelf -nek. 2019 -től 2003 óta nem volt új kiadás vagy frissítés.

A harmadik szám az elfutils [6] nevű csomag, amely pusztán Linux számára elérhető. Alternatív eszközöket biztosít a GNU Binutils számára, és lehetővé teszi az ELF fájlok érvényesítését is. Ne feledje, hogy a csomagban található segédprogramok összes neve az „elf utils” eu -val kezdődik.

Végül, de nem utolsósorban megemlítjük az objdumpot. Ez az eszköz hasonló a readelf -hez, de az objektumfájlokra összpontosít. Hasonló információt nyújt az ELF fájlokról és más objektumformátumokról.

. 8. lista: Az objdump által kinyert fájlinformációk

Van egy „elfkickers” [9] nevű szoftvercsomag is, amely eszközöket tartalmaz az ELF fájl tartalmának olvasásához és kezeléséhez. Sajnos a kiadások száma meglehetősen alacsony, ezért csak megemlítjük, és nem mutatunk további példákat.

Fejlesztőként ehelyett megnézheti a „pax-utils” [10,11]. Ez a segédprogram számos olyan eszközt kínál, amelyek segítenek az ELF fájlok ellenőrzésében. Például a dumpelf elemzi az ELF fájlt, és visszaad egy C fejléc fájlt, amely tartalmazza a részleteket - lásd 2. ábra.

Következtetés

Az okos tervezés és a kiváló dokumentáció kombinációjának köszönhetően az ELF formátum nagyon jól működik, és 20 év után is használatban van. A fent bemutatott segédprogramok betekintést nyújtanak egy ELF fájlba, és megtudhatják, mit csinál egy program. Ezek az első lépések a szoftverek elemzéséhez - boldog hackelést!

Hivatkozások és hivatkozások

• [1] Végrehajtható és összekapcsolható formátum (ELF), Wikipédia
• [2] Fuchsia OS
• [3] Futtatható fájlformátumok összehasonlítása, Wikipedia
• [4] Linux Foundation, hivatkozott specifikációk
• [5] Ciro Santilli: ELF Hello World Tutorial
• [6] elfutils Debian csomag
• [7] elfdump
• [8] Michael Boelen: A 101 ELF fájl Linuxon: megértés és elemzés
• [9] elfickók
• [10] Edzett/PaX segédprogramok
• [tizenegy] pax-utils, Debian csomag

Köszönetnyilvánítás

Az író köszönetet mond Axel Beckertnek a cikk elkészítéséhez nyújtott támogatásáért.