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ELF entry point和装载地址

地址 point entry ELF 装载
2023-09-27 14:26:37 时间

为了研究ELF文件装载到内存的哪里，以及从哪里开始运行程序，环境：ubuntu12.04 64位，gcc4.6.3。

使用的源代码是：

#include stdlib.h 

void hello(void)

 exit(42);

int main(void)

 return 24;

}

程序并不是从main函数开始执行的，gcc -o main main.c时，默认会连接libc.so(可以指定-nodefaultlib, -nostdlib取消连接)，并且会添加一个启动代码_start函数(可以指定-nodefaultlib, -nostdlib不添加启动代码)，用于初始化，并提供main函数的argc, argv等参数，_start函数中会调用main函数。

readelf -d main可以看到，程序链接了libc.so.6：

$ readelf -d main

Dynamic section at offset 0xe50 contains 20 entries:

 Tag Type Name/Value

 0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so.6]

 0x000000000000000c (INIT) 0x400390

 0x000000000000000d (FINI) 0x4005c8
objdump -d main可以看到，程序中有个_start函数，_start的地址是4003d0： 

$ objdump -d main | grep _start

 400394: e8 63 00 00 00 callq 4003fc call_gmon_start 

00000000004003b0 __libc_start_main@plt-0x10 :

00000000004003c0 __libc_start_main@plt :

00000000004003d0 _start :

 4003f4: e8 c7 ff ff ff callq 4003c0 __libc_start_main@plt
readelf -h main ｜ grep Entry可以看到： 

 Entry point address: 0x4003d0
程序的入口地址是0x4003d0，也就是_start函数的地址，程序装载到内存后，从0x4003d0(_start)开始执行。


那么，我不想执行_start函数呢，可以通过ld的参数-e指定入口函数，使用gcc -o main mian.c -Wl,-ehello编译，-Wl用于指定后面的参数是给ld的，-e指定入口函数是hello。

注意hello不能直接return，因为返回地址是错误的，会导致coredump；hello应当使用exit()函数退出程序。./main得到：

$ ./main

$ echo $?

42
objdump -d main | grep hello查看hello的地址： 

$ objdump -d main | grep hello

00000000004004f4 hello :
readelf -h main | grep Entry查看程序的入口地址： 

$ readelf -h main | grep Entry

 Entry point address: 0x4004f4
证明了-Wl,-ehello可以指定程序的入口函数为hello。



那么程序的入口地址0x4004f4是怎么来的呢？

0x4f4其实是hello函数在ELF文件中的偏移量，可以通过hexdump -C main | grep -A5 -B5 4f0查看到

$ hexdump -C main | grep -A5 -B5 4f0

000004a0 0b 20 00 ff 14 c5 38 0e 60 00 48 8b 05 77 0b 20 |. ....8.`.H..w. |

000004b0 00 48 39 d8 72 e2 c6 05 63 0b 20 00 01 48 83 c4 |.H9.r...c. ..H..|

000004c0 08 5b 5d c3 66 66 66 2e 0f 1f 84 00 00 00 00 00 |.[].fff.........|

000004d0 48 83 3d 70 09 20 00 00 55 48 89 e5 74 12 b8 00 |H.=p. ..UH..t...|

000004e0 00 00 00 48 85 c0 74 08 5d bf 48 0e 60 00 ff e0 |...H..t.].H.`...|

000004f0 5d c3 90 90 span 55 48 89 e5 bf 2a 00 00 00 e8 fe fe /span |]...UH...*......|

00000500 span ff ff /span 55 48 89 e5 b8 18 00 00 00 5d c3 90 90 90 |..UH.......]....|

00000510 48 89 6c 24 d8 4c 89 64 24 e0 48 8d 2d 03 09 20 |H.l$.L.d$.H.-.. |

00000520 00 4c 8d 25 fc 08 20 00 4c 89 6c 24 e8 4c 89 74 |.L.%.. .L.l$.L.t|

00000530 24 f0 4c 89 7c 24 f8 48 89 5c 24 d0 48 83 ec 38 |$.L.|$.H.\$.H..8|

00000540 4c 29 e5 41 89 fd 49 89 f6 48 c1 fd 03 49 89 d7 |L).A..I..H...I..|
然后objdump -d main | grep -A5 -B5 hello查看hello对应的机器码： 

$ objdump -d main | grep -A5 -B5 hello

 4004f0: 5d pop %rbp

 4004f1: c3 retq

 4004f2: 90 nop

 4004f3: 90 nop

00000000004004f4 hello :

 4004f4: span 55 /span push %rbp

 4004f5: span 48 89 e5 /span mov %rsp,%rbp

 4004f8: span bf 2a 00 00 00 /span mov $0x2a,%edi

 4004fd: span e8 fe fe ff ff /span callq 400400 exit@plt
证明了这一点。

然后0x400000是什么呢？

这个是ELF装载到内存时的起始位置，可以通过ld的参数-Wl,-Ttext-segment,0x400000指定，比如我们gcc -o main main.c -Wl,-ehello -Wl,-Ttext-segment,0x4200000编译程序，给程序换一个装载地址，然后readelf -h main | grep Entry得到：

Entry point address: 0x42004f4
hello在文件中的偏移依然为0x4f4，然后加上装载地址0x4200000就可以得到程序执行的入口地址：0x42004f4。

objdump -d main | grep hello -A 10可以看到装载地址变了，程序的PC指针位置也都改变了(因为我们编译的main是地址相关的ELF)：

$ objdump -d main | grep hello -A 10

00000000042004f4 hello :

 span 42004f4 /span : 55 push %rbp

 span 42004f5 /span : 48 89 e5 mov %rsp,%rbp

 span 42004f8 /span : bf 2a 00 00 00 mov $0x2a,%edi

 span 42004fd /span : e8 fe fe ff ff callq 4200400 exit@plt 

0000000004200502 main :

 4200502: 55 push %rbp

 4200503: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp

 4200506: b8 18 00 00 00 mov $0x18,%eax

 420050b: 5d pop %rbp


注意

1、-Ttext-segment指定的必需是一个页对齐的地址。

2、动态库的装载位置不是固定的，一般可以认为动态库的-Ttext-segment＝0，没有使用；如果想直接运行.so的话(glibc里面很多.so都可以直接运行)，需要为.so指定ld-linux.so(.so默认没有指定)：
gcc -shared -fPIC -o libx.so x.c -Wl,--dynamic-linker=some_ld_linux.so.x
或者代码里面写：const char my_interp[] __attribute__((section(".interp"))) = "/lib/ld-linux.so.3"; //需要保证这个ld-linux.so存在且能用

可以使用readelf -l查看.inter段，也就是指定的ld-linux.so

3、-Ttext-segment并不是指定.text段的加载位置，而是指定整个elf的加载位置。

如果想指定.text段的加载位置，可以：
       -Tbss=org
       -Tdata=org
       -Ttext=org
           Same as --section-start, with ".bss", ".data" or ".text" as the
           sectionname.
4、gcc -Wl,-Ttext-segment=0x400000 -Wl,-Ttext=0x800000  -o x x.c这样是可以的，但是如果-Ttext指定的比较小，要么程序无法运行，要么可能和其他段冲突。加完-Ttext之后，.text段以及后面的段，在文件中的偏移会变大不少，中间填充的0是为了加载到内存后的页对齐，在内存中的加载位置都会从-Ttext指定的位置开始。


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