Linux 目標文件 ELF 格式深度解析：文件頭、段、節與 objdump 實戰

ELF（Executable and Linkable Format）是 Linux 標準可執行文件、目標文件、共享庫、核心轉儲文件格式。本文從文件頭、程序頭、節頭表、核心段（.text/.data/.bss）解析，配合 readelf、objdump 實戰演示，揭示二進制文件內部結構。

ELF 文件類型識別

$ file prim
prim: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.24, BuildID[sha1]=..., not stripped

• ELF 32-bit/64-bit：架構位寬
• LSB/MSB：小端/大端序
• executable/shared object/relocatable/core：可執行/共享庫/可重定位/核心轉儲
• dynamically linked：動態鏈接（依賴 .so）
• not stripped：保留符號表（可調試），strip 後變 stripped

ELF 整體結構

+------------------+
| ELF Header       |  文件頭：魔數、架構、入口點、程序頭/節頭表偏移量
+------------------+
| Program Header   |  程序頭表（段視圖）：載入時內核讀取，描述段在內存映射
| Table            |
+------------------+
| Section 1 (.text)|  代碼段：只讀、可執行指令
| Section 2 (.data)|  數據段：已初始化全局/靜態變量，可讀寫
| Section 3 (.bss) |  BSS 段：未初始化全局/靜態變量，文件不佔空間，運行時置零
| ...              |  其他節：.rodata .symtab .strtab .rel.* .debug_* 等
+------------------+
| Section Header   |  節頭表（鏈接視圖）：鏈接器讀取，描述節屬性、符號、重定位
| Table            |
+------------------+

核心工具實戰

readelf -h：查看 ELF 文件頭

$ readelf -h prim
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Intel 80386
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x8048350
  Start of program headers:          52 (bytes into file)
  Start of section headers:          4680 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         9
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         31
  Section header string table index: 28

關鍵字段：Entry point address（程序入口，_start）、program headers（載入視圖）、section headers（鏈接視圖）。

objdump -h：查看節頭表（段信息）

$ g++ -c prim.cpp -o prim.o
$ objdump -h prim.o

prim.o:     file format elf32-i386

Sections:
Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  0 .text         0000031f  00000000  00000000  00000034  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
  1 .data         00000000  00000000  00000000  00000354  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  2 .bss          003d3c21  00000000  00000000  00000360  2**5
                  ALLOC
  3 .rodata       00000008  00000000  00000000  00000360  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  4 .ctors        00000004  00000000  00000000  00000368  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, DATA
  5 .comment      0000002c  00000000  00000000  0000036c  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  6 .note.GNU-stack 00000000 00000000 00000000 00000398 2**0
                  CONTENTS, READONLY
  7 .eh_frame     000000dc  00000000  00000000  00000398  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA

標誌位含義速查

關鍵段深度解析

.text 代碼段

• 屬性：READONLY + CODE + ALLOC + LOAD
• 存放：函數體、只讀常量（字符串字面量、const 全局變量）
• 共享：多進程映射同一物理頁（Copy-on-Write 不觸發）

.data 數據段

• 屬性：DATA + ALLOC + LOAD（可讀寫）
• 存放：已初始化非零全局/靜態變量
• 私有：每進程獨立副本（COW 生效）

.bss 段

• 屬性：ALLOC（無 CONTENTS，文件不佔空間）
• 存放：未初始化或零初始化全局/靜態變量
• 載入時：內核映射零頁，寫入時觸發 COW 分配物理頁

.rodata 只讀數據段

• 屬性：READONLY + DATA + ALLOC + LOAD
• 存放：const 修飾的全局變量、字符串字面量、跳轉表

動態鏈接關鍵節

• .dynsym：動態符號表（導出/導入符號）
• .dynstr：動態符號字符串表
• .rel.plt / .rela.plt：PLT 重定位（延遲綁定）
• .got / .got.plt：全局偏移表（GOT）
• .dynamic：動態鏈接信息（標誌 NEEDED 庫、RPATH/RUNPATH）

實戰場景

1. 符號衝突排查：readelf -sW libfoo.so | grep symbol_name 查看符號版本、綁定屬性。
2. 未定義引用定位：objdump -T executable | grep UND 列出未解析符號。
3. 二進制體積分析：size -A executable 統計各段大小；bloaty 可視化分析。
4. 去除調試信息：strip --strip-debug executable 或 strip executable（刪除所有符號）。

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