Executable and Linkable Format

Základní schéma souborového formátu Executable and Linkable Format (ELF), používaného např. operačním systémem Linux.

Executable and Linkable Format (zkratka ELF) je v informatice standardní souborový formát pro uložení spustitelných souborů, linkovatelných objektů, dynamických (sdílených) knihovenladících výpisů (core dumps). ELF formát je poměrně rozšířený, v současnosti ho využívají operační systémy jako Linux, Solaris, IRIX, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD a další. ELF formát se také objevuje u konzolí (PlayStation 2, PlayStation PortablePlayStation 3). Formát byl původně vyvinut v Unix System Laboratories pro operační systém UNIX System V.

Nasazení

ELF nahradil formáty spustitelných souborů jako jsou a.out, COFF, PE, Mach-O nebo COM. Podle mnohých uživatelů ELF překonává ostatní formáty proto, že jsou buď závislé na platformě nebo jsou méně rozšiřitelné. Mimo unixové systémy je ELF použit v operačním systému OpenVMS ve verzi pro Itanium procesor nebo v systému BeOS Revision 4, kde nahrazuje PE formát (Portable Executable) na starších x86 počítačích (PPC verze zůstala při formátu Preferred Executable Format a nikdy nepoužívala PE).

Popis formátu ELF

Soubor ELF vždy obsahuje hlavičku, která může být následována segmenty a sekcemi. Segmenty obsahují informace nutné pro běh programového kódu. Jsou mapovány operačním systémem UN*X do virtuálního adresového prostoru pomocí systémového volání mmap(2)[1]. Sekce obsahují informace pro linker (spojování) a relokaci (přepočet adresy) objektů, které jsou umístěny v operační paměti počítače.

Typy souborů

  • spustitelný soubor (ET_EXEC) – musí obsahovat segmenty[1]
  • objektový soubor (ET_REL, *.o) – musí obsahovat sekce, odkazuje na další objektové soubory[1]
  • dynamické knihovny (ET_DYN, *.so) – musí obsahovat segmenty i sekce, odkazuje na další objektové nebo spustitelné soubory[1]
  • soubor s výpisem ladících informací (ET_CORE) – neobsahuje segmenty ani sekce[1], generován při fatální chybě a selhání programu

Struktura

  • hlavička ELF – základní informace o typu souboru, umístění dalších částí ELF souboru
  • hlavička tabulky programů – popis dostupných segmentů
  • hlavička tabulky sekcí – popis dostupných sekcí
  • údaje odkazované položkami z hlavičky tabulky programů nebo sekcí

V případě unixového spustitelného souboru obsahuje každý segment několik sekcí. Platí, že každý bajt souboru je součástí nejvýše jedné sekce.

ELF hlavička

AtributVýznam
e_identidentifikace ELF (magic number), typ architektury, verze ABI,...[1]
e_typetyp objektového souboru[1]
e_machinecílová architektura[1]
e_versionverze objektového souboru[2]
e_entryvirtuální adresa vstupního bodu programu[1]
e_phoffukazatel na pozici tabulky programů v souboru[1]
e_shoffukazatel na pozici tabulky sekcí v souboru[1]
e_flagsprocesorové příznaky[1]
e_ehsizevelikost ELF hlavičky (v bajtech)[1]
e_phentsizevelikost záznamu v tabulce programů (v bajtech)[1]
e_phnumpočet záznamů v tabulce programů[1]
e_shentsizevelikost záznamu v tabulce sekcí (v bajtech)[1]
e_shnumpočet záznamů v tabulce sekcí[1]
e_shstrndxodkaz na tabulku řetězců[1]

Hlavička tabulky programů

AtributVýznam
p_typetyp segmentu[1]
p_offsetpozice 1. bajtu segmentu od počátku souboru[2]
p_vaddrvirtuální adresa 1. bajtu segmentu v operační paměti[2]
p_paddrfyzická adresa uložení segmentu v operační paměti[1]
p_fileszdélka segmentu v souboru (v bajtech)[2]
p_memszvelikost paměti pro daný segment (v bajtech)[2]
p_flagspříznaky daného segmentu[2]
p_alignzarovnání segmentu v operační paměti a v rámci souboru[2]
Typy segmentů
AtributHodnotaPopis
PT_NULL0[nevyužito][1]
PT_LOAD1označuje segment, který bude nahrán do operační paměti[2]
PT_DYNAMIC2informace pro zavaděč[2]
PT_INTERP3cesta k interpretu programu ELF[1][2]
PT_NOTE4pomocné informace o programu (požadavky na OS/ABI, min. verzi jádra,...)[1][2]
PT_SHLIB5[rezervováno][2]
PT_PHDR6pozice a velikost tabulky programů[2]

Nástroje

  • readelf je Unixová binární utilita, která zobrazuje informace o jednom nebo více ELF souborech; GNU implementace pochází z GNU Binutils
  • elfdump je příkaz v Solarisu na prohlížení informací uložených v ELF souboru
  • objdump poskytuje široký rozsah informací o ELF souborech a jiných objektových formátech

ELF v operačních systémech

Formát ELF nahradil některé starší spustitelné soubory v různých aplikačních prostředích. Je využíván v těchto operačních systémech:

Kromě již zmíněných herních konzolí je používán také v některých operačních systémech pro mobilní zařízení:

  • Symbian OS 9
  • Bada OS

FatELF

FatELF je rozšířením binárního formátu ELF, který umožňuje, aby spustitelný soubor obsahoval kód pro různé počítačové platformy. Kromě oddělení architektury procesoru (pořadí bajtů, velikost slova (32/64bit), instrukční sady atd.) je potenciální výhodou oddělení softwarových platforem (např. soubory, které podporují několik verzí ABI jádra pro stejnou platformu).

Reference

  1. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w POLÁČEK, Marek. Introduction to ELF [online prezentace]. Brno, 2012 [cit. 2014-04-08]. Dostupné online Archivováno 16. 5. 2012 na Wayback Machine..
  2. a b c d e f g h i j k l m TOOL INTERFACE STANDARD (TIS). Executable and Linking Format (ELF) Specification [online]. Version 1.2. May 1995 [cit. 2014-04-08]. Dostupné online.

Související články

Média použitá na této stránce

Elf-layout--en.svg
Autor: Surueña, Licence: CC BY-SA 3.0
Layout of an ELF file