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ELF文件数据布局探索(1)

作为一名Linux小白,第一次看到a.out这个名字,感觉实在是奇怪,搜了一下才知道这是编译器输出的默认可执行文件名

然后vi一下,哇,各种乱码,仔细看看,发现了三个清晰的字符ELF。继续搜索, 第一感觉就是这就是windows下的*.exe

顺便看到了readelf这条命令,就读了一下这个文件,发现这里边好多东西都不懂,后来在学习linux的过程中渐渐明白了

一部分,前几天刚好跟同学说到了关于ELF文件数据布局的问题,今天总结一下(罗嗦了这么多,真是不好意思)。


 

今天讨论的问题是:我们在源程序中定义的变量是否会被存储在ELF中以及存放在什么地方。让我们一步一步往下看:

先抛出两个结论:

a. data段的数据存储在ELF文件中;

b. bss段的数据不存储在ELF文件中,ELF文件中的bss段只是记录bss段所需要的大小。

 

1. 对比代码, 下面这段代码用于对比测试:

1 int main( ) {2     return 0;3 }

 测试结果:

du -h a.out 8.0K    a.out

size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
   1056        252          8       1316        524    a.out

2. 全局变量

2.1 未初始化:

1 int a[1024];2 int main( ) { 3     return 0;4 }

测试结果:

du -h a.out 8.0K    a.outsize a.out    text       data        bss        dec        hex    filename   1056        252       4128       5436       153c    a.out

可以看出,bss段的值变为了4128,正好是32 + 4096,为什么不是8 + 4096,我想应该是bss段是32字节对齐的,至于初始为什么没有对齐,留待大神解释。

那么为什么a.out的大小还是8.0K呢?大家先想一想。

2.2 初始化

1 int a[1024] = { 1 };2 int main( ) { 3     return 0;4 }

可能有同学要说了,你这只初始化了一个值吗?先往下看:

测试结果:

du -h a.out 12K    a.outsize a.out    text       data        bss        dec        hex    filename   1056       4372          8       5436       153c    a.out

这次bss段值没变,而数据段多了4372 - 252 = 4120,为什么不是4096,说明data段应该也是32字节对齐的。细心的同学肯定发现了,a.out的大小增加

了4K,这说明什么,说明a[1024]数据被写入了ELF文件中,也就是说data段中变量的值全部被写入到了ELF文件中。那现在想一想,为什么bss段增加了而a.out

没有增加呢,说明bss段只是记录了变量占据存储空间的大小,并没有在ELF中为变量分配存储,这里可以证明上面的两个结论是正确的。

现在回答一下上面的问题,为什么我只初始化了一个值,其实我们知道,数组是连续存放的,因此,只要初始化了一个值,其它的数据地址也就确定了。

3. 静态变量

3.1 未初始化

1 int main( ) { 2     static int a[1024];3     return 0;4 }

测试结果:

du -h a.out 8.0K    a.outsize a.out    text       data        bss        dec        hex    filename   1056        252       4128       5436       153c    a.out

bss段增加了4096 + 对齐字节,说明未经初始化的静态变量在bss段。

3.2 初始化

1 int main( ) { 2     static int a[1024] = { 1 };3     return 0;4 }

测试结果:

du -h a.out 12K    a.outsize a.out    text       data        bss        dec        hex    filename   1056       4372          8       5436       153c    a.out

data段增加了4096 + 对齐字节,目标文件a.out增加了4K,说明经过初始化的静态变量在data段。

4. 字符串常量

1 int main( ) {2     char *p = "66";3     return 0;   4 }

测试结果:

du -h a.out 7122    a.outsize a.out    text       data        bss        dec        hex    filename   1075        252          8       1345        541    a.out

 

1 int main( ) { 2     char *p = "666666666666";3     return 0;4 }

测试结果:

du -h a.out 8.0K    a.outsize a.out    text       data        bss        dec        hex    filename   1085        252          8       1345        541    a.out

可以看到只有text段增加了,而且通过设置不同的长度,第二次比第一增加了10B,说明“确实”是被放在text段了。但经过进一步分析,使用readelf命令,发现实际上

"666666666666"的地址在rodata段范围内,实际上字符串常量是被存储在rodata段中的,size命令看来也是个坑啊!需要指出,rodata段的内容也是要占据ELF文件

存储的,并不仅仅只记录数据大小。

5. 局部变量

这些变量不会存储在ELF中,只有装载ELF时,才会在内存中分配,下一篇文章我会讨论这个问题。

下表是我在Linux内核版本3.2.0的测试结果:

变量属性是否在ELF中是否存储在ELF中
未经初始化的全局变量bss段
经过初始化的全局变量data段
未经初始化的静态变量bss段
经过初始化的静态变量data段
字符串常量rodata段
宏定义常量rodata段
局部变量 

 

 

 

 

 

 

 

 

由于本人水平有限,文章中不当和错误之处不可避免,欢迎大家批评指正,愿共同进步!!!

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