ELF 可执行文件：许多零字节

Question

简介

我正在编译一个简单的汇编代码（Intel 语法，x86，Linux）打印“Hello World！”。这是：

SECTION .rodata
    msg:        db 'Hello world!', 0xA
    msg_len:    equ $ - msg

SECTION .text
    global _start

_start:
    mov eax, 4  ; `write` system call
    mov ebx, 1  ; to stdout
    mov ecx, msg
    mov edx, msg_len
    int 0x80

    mov eax, 1  ; `exit` system call
    xor ebx, ebx    ; exit code 0
    int 0x80

我用以下命令编译它：

nasm -f elf32 -o hello_world.o hello_world.s
ld -m elf_i386 -o hello_world hello_world.o

代码运行良好，但我担心的是文件大小：

-rwxrwxr-x 1 nikolay nikolay 8704 Apr 27 15:20 hello_world
-rw-rw-r-- 1 nikolay nikolay  243 Apr 26 22:16 hello_world.s
-rw-rw-r-- 1 nikolay nikolay  640 Apr 27 15:20 hello_world.o

问题

object文件比源代码稍微大一点，不过似乎也合理，因为ELF文件中应该有一些源代码没有的元数据什么的，对吧？但是可执行文件甚至比 object 文件大 10 倍以上！

此外，object 文件中有一些零字节，但我不会说它们太多了。但是，可执行文件中有很多零（请参阅 Additional info 部分中的两个屏幕截图）。

调查

我尝试阅读了一些关于 ELF 的文章，包括维基百科和手册页。我没有仔细阅读它们，所以我可能漏掉了一些东西，但我发现有用的是 dumpelf 实用程序（来自 pax-utils 包，可通过 apt 安装），使用它我转储了我的 elf 文件并发现了可能是这些零流的原因的东西：

在可执行文件的所有三个 headers 中，有 p_align 字段集：

.p_align  = 4096       , /* (min mem alignment in bytes) */

这应该意味着每个部分都应该用零字节填充，以便其长度是 4096 的倍数。并且由于以下每个部分的大小都相对较小，因此有很多零字节被添加，这就是那些零的来源。

问题

所以，我想知道：

我说的对吗？添加这些零字节是否使这些部分足够长？

我还注意到前三个部分（''、'.rodata'、'.text'）开始于 0、4096 和 8192，但下面的（'.symtab'、'.strtab'、'.shstrtab'）似乎不再对齐：它们从 8208、8368 和 8422... 为什么？这里发生了什么？
我们需要这个对齐有什么用？在编程headers中，有p_vaddr和p_paddr两个字段，设置为前三段开始的地址，那么如果我们已经知道 headers 部分的地址？它与内存页面（在我的机器上大小为 4KiB）有关吗？
我什么时候 want/need 以及如何更改对齐值？看起来应该有一个链接器参数来更改此值。我在 ld 的手册中找到了 --nmagic 参数，它完全禁用了对齐（万岁！可执行文件没有与 object 文件大小相同），但我猜对齐是故意存在的，所以也许我只需要降低值以使其更适合我的情况？

如果您知道我遗漏了什么，我将非常感谢您对这些问题中的任何一个或任何其他细节的回答。也请告诉我，如果我在任何地方都错了。提前致谢！

附加信息

我的 object 文件的转储（带有 xxd hello_world.o | grep -E '0000|$' --color=always | less -R）：

我的可执行文件转储的一部分（使用与上面类似的命令）：一个新的部分从地址 0x1000

开始

dumpelf hello_world.o的输出：

#include <elf.h>

/*
 * ELF dump of 'hello_world.o'
 *     640 (0x280) bytes
 */

Elf32_Dyn dumpedelf_dyn_0[];
struct {
    Elf32_Ehdr ehdr;
    Elf32_Phdr phdrs[0];
    Elf32_Shdr shdrs[7];
    Elf32_Dyn *dyns;
} dumpedelf_0 = {

.ehdr = {
    .e_ident = { /* (EI_NIDENT bytes) */
        /* [0] EI_MAG:        */ 0x7F,'E','L','F',
        /* [4] EI_CLASS:      */ 1 , /* (ELFCLASS32) */
        /* [5] EI_DATA:       */ 1 , /* (ELFDATA2LSB) */
        /* [6] EI_VERSION:    */ 1 , /* (EV_CURRENT) */
        /* [7] EI_OSABI:      */ 0 , /* (ELFOSABI_NONE) */
        /* [8] EI_ABIVERSION: */ 0 ,
        /* [9-15] EI_PAD:     */ 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
    },
    .e_type      = 1          , /* (ET_REL) */
    .e_machine   = 3          , /* (EM_386) */
    .e_version   = 1          , /* (EV_CURRENT) */
    .e_entry     = 0x0        , /* (start address at runtime) */
    .e_phoff     = 0          , /* (bytes into file) */
    .e_shoff     = 64         , /* (bytes into file) */
    .e_flags     = 0x0        ,
    .e_ehsize    = 52         , /* (bytes) */
    .e_phentsize = 0          , /* (bytes) */
    .e_phnum     = 0          , /* (program headers) */
    .e_shentsize = 40         , /* (bytes) */
    .e_shnum     = 7          , /* (section headers) */
    .e_shstrndx  = 3         
},

.phdrs = {
 /* no program headers ! */ },

.shdrs = {
/* Section Header #0 '' 0x40 */
{
    .sh_name      = 0          ,
    .sh_type      = 0          , /* [SHT_NULL] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 0          , /* (bytes) */
    .sh_size      = 0          , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 0          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #1 '.rodata' 0x68 */
{
    .sh_name      = 1          ,
    .sh_type      = 1          , /* [SHT_PROGBITS] */
    .sh_flags     = 2          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 352        , /* (bytes) */
    .sh_size      = 13         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 4          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #2 '.text' 0x90 */
{
    .sh_name      = 9          ,
    .sh_type      = 1          , /* [SHT_PROGBITS] */
    .sh_flags     = 6          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 368        , /* (bytes) */
    .sh_size      = 31         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 16         ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #3 '.shstrtab' 0xB8 */
{
    .sh_name      = 15         ,
    .sh_type      = 3          , /* [SHT_STRTAB] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 400        , /* (bytes) */
    .sh_size      = 51         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 1          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #4 '.symtab' 0xE0 */
{
    .sh_name      = 25         ,
    .sh_type      = 2          , /* [SHT_SYMTAB] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 464        , /* (bytes) */
    .sh_size      = 112        , /* (bytes) */
    .sh_link      = 5          ,
    .sh_info      = 6          ,
    .sh_addralign = 4          ,
    .sh_entsize   = 16        
},
/* Section Header #5 '.strtab' 0x108 */
{
    .sh_name      = 33         ,
    .sh_type      = 3          , /* [SHT_STRTAB] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 576        , /* (bytes) */
    .sh_size      = 37         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 1          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #6 '.rel.text' 0x130 */
{
    .sh_name      = 41         ,
    .sh_type      = 9          , /* [SHT_REL] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 624        , /* (bytes) */
    .sh_size      = 8          , /* (bytes) */
    .sh_link      = 4          ,
    .sh_info      = 2          ,
    .sh_addralign = 4          ,
    .sh_entsize   = 8         
},
},

.dyns = dumpedelf_dyn_0,
};
Elf32_Dyn dumpedelf_dyn_0[] = {
 /* no dynamic tags ! */ };

dumpelf hello_world的输出：

#include <elf.h>

/*
 * ELF dump of 'hello_world'
 *     8704 (0x2200) bytes
 */

Elf32_Dyn dumpedelf_dyn_0[];
struct {
    Elf32_Ehdr ehdr;
    Elf32_Phdr phdrs[3];
    Elf32_Shdr shdrs[6];
    Elf32_Dyn *dyns;
} dumpedelf_0 = {

.ehdr = {
    .e_ident = { /* (EI_NIDENT bytes) */
        /* [0] EI_MAG:        */ 0x7F,'E','L','F',
        /* [4] EI_CLASS:      */ 1 , /* (ELFCLASS32) */
        /* [5] EI_DATA:       */ 1 , /* (ELFDATA2LSB) */
        /* [6] EI_VERSION:    */ 1 , /* (EV_CURRENT) */
        /* [7] EI_OSABI:      */ 0 , /* (ELFOSABI_NONE) */
        /* [8] EI_ABIVERSION: */ 0 ,
        /* [9-15] EI_PAD:     */ 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,
    },
    .e_type      = 2          , /* (ET_EXEC) */
    .e_machine   = 3          , /* (EM_386) */
    .e_version   = 1          , /* (EV_CURRENT) */
    .e_entry     = 0x8049000  , /* (start address at runtime) */
    .e_phoff     = 52         , /* (bytes into file) */
    .e_shoff     = 8464       , /* (bytes into file) */
    .e_flags     = 0x0        ,
    .e_ehsize    = 52         , /* (bytes) */
    .e_phentsize = 32         , /* (bytes) */
    .e_phnum     = 3          , /* (program headers) */
    .e_shentsize = 40         , /* (bytes) */
    .e_shnum     = 6          , /* (section headers) */
    .e_shstrndx  = 5         
},

.phdrs = {
/* Program Header #0 0x34 */
{
    .p_type   = 1          , /* [PT_LOAD] */
    .p_offset = 0          , /* (bytes into file) */
    .p_vaddr  = 0x8048000  , /* (virtual addr at runtime) */
    .p_paddr  = 0x8048000  , /* (physical addr at runtime) */
    .p_filesz = 148        , /* (bytes in file) */
    .p_memsz  = 148        , /* (bytes in mem at runtime) */
    .p_flags  = 0x4        , /* PF_R */
    .p_align  = 4096       , /* (min mem alignment in bytes) */
},
/* Program Header #1 0x54 */
{
    .p_type   = 1          , /* [PT_LOAD] */
    .p_offset = 4096       , /* (bytes into file) */
    .p_vaddr  = 0x8049000  , /* (virtual addr at runtime) */
    .p_paddr  = 0x8049000  , /* (physical addr at runtime) */
    .p_filesz = 31         , /* (bytes in file) */
    .p_memsz  = 31         , /* (bytes in mem at runtime) */
    .p_flags  = 0x5        , /* PF_R | PF_X */
    .p_align  = 4096       , /* (min mem alignment in bytes) */
},
/* Program Header #2 0x74 */
{
    .p_type   = 1          , /* [PT_LOAD] */
    .p_offset = 8192       , /* (bytes into file) */
    .p_vaddr  = 0x804A000  , /* (virtual addr at runtime) */
    .p_paddr  = 0x804A000  , /* (physical addr at runtime) */
    .p_filesz = 13         , /* (bytes in file) */
    .p_memsz  = 13         , /* (bytes in mem at runtime) */
    .p_flags  = 0x4        , /* PF_R */
    .p_align  = 4096       , /* (min mem alignment in bytes) */
},
},

.shdrs = {
/* Section Header #0 '' 0x2110 */
{
    .sh_name      = 0          ,
    .sh_type      = 0          , /* [SHT_NULL] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 0          , /* (bytes) */
    .sh_size      = 0          , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 0          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #1 '.text' 0x2138 */
{
    .sh_name      = 27         ,
    .sh_type      = 1          , /* [SHT_PROGBITS] */
    .sh_flags     = 6          ,
    .sh_addr      = 0x8049000  ,
    .sh_offset    = 4096       , /* (bytes) */
    .sh_size      = 31         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 16         ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #2 '.rodata' 0x2160 */
{
    .sh_name      = 33         ,
    .sh_type      = 1          , /* [SHT_PROGBITS] */
    .sh_flags     = 2          ,
    .sh_addr      = 0x804A000  ,
    .sh_offset    = 8192       , /* (bytes) */
    .sh_size      = 13         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 4          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #3 '.symtab' 0x2188 */
{
    .sh_name      = 1          ,
    .sh_type      = 2          , /* [SHT_SYMTAB] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 8208       , /* (bytes) */
    .sh_size      = 160        , /* (bytes) */
    .sh_link      = 4          ,
    .sh_info      = 6          ,
    .sh_addralign = 4          ,
    .sh_entsize   = 16        
},
/* Section Header #4 '.strtab' 0x21B0 */
{
    .sh_name      = 9          ,
    .sh_type      = 3          , /* [SHT_STRTAB] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 8368       , /* (bytes) */
    .sh_size      = 54         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 1          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
/* Section Header #5 '.shstrtab' 0x21D8 */
{
    .sh_name      = 17         ,
    .sh_type      = 3          , /* [SHT_STRTAB] */
    .sh_flags     = 0          ,
    .sh_addr      = 0x0        ,
    .sh_offset    = 8422       , /* (bytes) */
    .sh_size      = 41         , /* (bytes) */
    .sh_link      = 0          ,
    .sh_info      = 0          ,
    .sh_addralign = 1          ,
    .sh_entsize   = 0         
},
},

.dyns = dumpedelf_dyn_0,
};
Elf32_Dyn dumpedelf_dyn_0[] = {
 /* no dynamic tags ! */ };

Answer 1

对齐为 4096 字节，这是此体系结构上的页面大小。这不是巧合，正如 man page 关于 nmagic 所说：“关闭部分的页面对齐”。

通过正常（非 nmagic）二进制文件的大小，您可以猜测链接器布局了三个页面，大概具有不同的访问权限（代码 = 不可写，数据 = 不可执行，rodata = 只读），这些权限只能每页设置。运行ning 时磁盘布局与 RAM 中的布局匹配。

这对于按需分页很重要。当程序启动时，整个可执行文件基本上是映射的，页面根据需要通过页面错误从磁盘加载。页面也可以在其其他运行ning 实例之间共享（这对动态库来说更重要），并且可以在需要时由于内存压力而从 RAM 中逐出。

当运行时，nmagic 可执行文件仍被加载到三个页面中，但由于它们不再与磁盘上的内容匹配，因此不会按需分页。我不建议在任何更大的东西上使用该选项。

注意：如果您创建一个更长的运行ning 可执行文件（可能添加输入读取），您可以通过查看 /proc/ 检查运行ning 进程的内存布局细节[pid]/地图和地图。

ELF 可执行文件：许多零字节

ELF executable file: many zero bytes

linux

executable

elf

executable-format

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