Если вы когда-нибудь задумывались о том, как работают программы в Linux, то, возможно, будете удивлены, узнав, что в основе всего этого лежит специальный формат файлов под названием ELF, или (Executable and Linkable Format) исполняемый и компонуемый формат.
Файлы ELF необходимы для различных типов файлов, с которыми вы сталкиваетесь в своей системе, включая исполняемые файлы, запускающие программы, объектные файлы, используемые в процессе программирования, общие библиотеки, которые позволяют нескольким программам использовать один и тот же код, и дампы памяти, которые помогают диагностировать сбои.
В этой статье мы расскажем, что такое ELF, как он работает и почему он так важен для пользователей и разработчиков Linux.
Мы также рассмотрим различные типы файлов ELF, объясним структуру файла ELF простыми словами и обсудим, почему понимание ELF поможет вам лучше ориентироваться в системе Linux и управлять ею.
Независимо от того, являетесь ли вы новичком или просто интересуетесь технической стороной Linux, это руководство поможет вам разобраться в основах ELF и его роли в обеспечении бесперебойной работы вашего компьютера.
Что такое ELF в Linux
В Linux ELF означает исполняемый и компонуемый формат. Это стандартный формат файлов для исполняемых программ, объектного кода, общих библиотек и дампов памяти. Linux, как и другие UNIX-подобные системы, использует ELF в качестве основного формата для двоичных файлов.
Вот краткое описание того, для чего используется ELF и как он работает:
1. Исполняемые файлы
ELF — это формат двоичных исполняемых файлов, которые могут запускаться непосредственно операционной системой Linux. Он содержит машинный код, который может выполняться процессором.
2. Объектные файлы
Это промежуточные файлы, создаваемые компиляторами (например, gcc). Они содержат код и данные, которые ещё не связаны в единую программу. ELF служит форматом для этих файлов, позволяя инструментам связывания, таким как ld создавать конечный исполняемый файл.
Файлы ELF используются для общих библиотек (.so файлов), которые позволяют повторно использовать код в разных программах, не включая его статически в каждый исполняемый файл.
4. Дампы ядра
При сбое программы система Linux может создать дамп памяти. Это файл ELF, содержащий информацию о памяти и состоянии программы на момент сбоя, что полезно для отладки.
Структура файла ELF
Файл ELF разделен на разные разделы, каждый из которых выполняет определенные роли:
- Заголовок: Содержит информацию о том, как интерпретировать остальную часть файла.
- Заголовок программы: Описывает сегменты, которые необходимо загрузить в память.
- Заголовок раздела: содержит сведения об отдельных разделах, таких как текст (код), данные и таблицы символов.
- Текстовый сегмент: Содержит фактический исполняемый код.
- Сегмент данных: Содержит глобальные переменные и динамические данные, используемые программой.
Использование ELF упрощает разработку и выполнение программ, поскольку обеспечивает единый формат как для исполняемых файлов, так и для библиотек.
Он также поддерживает динамическое связывание, что позволяет программам использовать общие библиотеки во время выполнения, сокращая использование памяти и упрощая обновление.
Теперь вы знаете, что такое ELF, и вам может быть интересно, как просматривать сведения о файлах ELF. Поверьте, это проще, чем вы думаете.
Отображать информацию о файлах ELF
В Linux можно использовать несколько команд и инструментов для отображения информации о файлах ELF. Некоторые из наиболее распространённых — file, readelf, и objdump.
1. Использование команды file
Команда file быстро определяет тип файла, в том числе является ли он файлом ELF, и предоставляет основную информацию о нём.
file <имя файла>
Пример:
file /bin/ls
Пример вывода отображения информации о файлах ELF:
/bin/ls: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=15dfff3239aa7c3b16a71e6b2e3b6e4009dab998, for GNU/Linux 3.2.0, stripped
2. Использование команды readelf
readelf это более подробный инструмент, специально разработанный для изучения содержимого файлов ELF. С его помощью можно просматривать заголовки, сведения о разделах и многое другое.
Основы использования:
readelf -h <имя файла> # Отображает информацию заголовка ELF
Пример:
readelf -h /bin/ls
Просмотр подробной информации о файле ELF с помощью команды readelf
Вы также можете использовать различные флаги для получения более подробной информации:
-S: Список разделов в файле ELF.-l: Отображает заголовки программы (используемые загрузчиком).-r: Показывает записи о перемещении.-s: Отображает таблицу символов (если таковая имеется).
Пример:
readelf -S /bin/ls # Содержит список всех разделов
3. Использование команды objdump
objdump это более комплексный инструмент, который может разбирать двоичные файлы ELF и отображать информацию о них. Он показывает разделы, разобранный код и многое другое.
Основы использования:
objdump -h <имя файла> # Отображает заголовки разделов
Пример:
objdump -h /bin /ls
Найти информацию о файле ELF с помощью команды objdump
Другие полезные флаги:
-d: Дизассемблирует файл и показывает машинный код.-x: Отображает все заголовки, включая ELF и заголовки разделов.-s: Отображает содержимое всех разделов (в шестнадцатеричном формате).
Пример:
objdump -d /bin/ls # Дизассемблировать и просмотреть код сборки
Краткое описание инструментов:
file: Краткое описание типа файла и основных сведений о ELF.readelf: Подробная структура файла ELF и заголовки.objdump: Дизассемблирование и более углубленный анализ разделов и заголовков.
Эти инструменты обычно предустановлены в большинстве дистрибутивов Linux. Если вам нужна конкретная информация, readelf и objdump будут вашими наиболее подробными вариантами.
Почему ELF важен в Linux
Для обычного пользователя Linux знание того, как исследовать файлы ELF с помощью таких инструментов, как file, readelf, или objdump, на первый взгляд может показаться необязательным. Но в некоторых практических ситуациях эти знания могут пригодиться. Вот как они могут помочь в повседневных задачах:
1. Определение типов файлов и устранение неполадок
Назначение:
Иногда у файла может не быть расширения или его расширение может вводить в заблуждение. С помощью команды file можно определить, является ли файл двоичным, скриптом или файлом данных, и понять, с каким типом файла вы имеете дело.
Пример:
Если вы скачали файл и не уверены, является ли он исполняемым или повреждённым, file быстро сообщит вам, является ли он допустимым файлом ELF.
file myfile
Если файл не является исполняемым ELF-файлом, команда поможет вам в дальнейшем устранении неполадок (например, определить, является ли он текстовым файлом или требует другой обработки).
2. Проверка системных исполняемых файлов
Назначение:
С помощью readelf или file можно проверить системные двоичные файлы и библиотеки, чтобы убедиться, что они соответствуют ожидаемому формату. Например, после обновления системы или во время устранения неполадок можно убедиться, что важные двоичные файлы (например, /bin/bash, /bin/ls) не повреждены и правильно отформатированы как файлы ELF.
Пример:
Если системная утилита работает некорректно, может помочь проверка того, что файл не повреждён и не заменён:
file /bin/bash
3. Понимание программных зависимостей
Назначение:
Команда readelf -l или objdump помогает определить общие библиотеки, от которых зависит исполняемый файл. Если программа не запускается из-за отсутствия библиотек, эта информация полезна для устранения неполадок, связанных с отсутствующими зависимостями.
Пример:
Если программа жалуется на отсутствие библиотек, запустите:
readelf -d /usr/bin/ls | grep NEEDED
Покажет, какие библиотеки требуются, и поможет вам установить все отсутствующие.
Пример вывода:
0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libselinux.so.1] 0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so.6]
4. Анализ безопасности и разрешений
Назначение:
Проверка того, является ли двоичный файл динамически или статически связанным, а также наличие в нём необычных заголовков, может быть полезна опытным пользователям, которые беспокоятся о безопасности.
Пример:
Если вы подозреваете, что двоичный файл был модифицирован или может содержать вредоносный код, проверка его структуры ELF с помощью readelf может дать представление о том, ведёт ли он себя неожиданно, например, содержит ли необычные разделы или неизвестные зависимости.
5. Отладка и разработка
Назначение:
Для пользователей, занимающихся любой разработкой, в том числе написанием скриптов или компиляцией, знание структуры ELF полезно для отладки. Такие инструменты, как readelf помогают убедиться, что скомпилированный код правильно связывается, использует нужные библиотеки и работает должным образом.
Пример:
При компиляции собственного программного обеспечения вы можете проверить объектные файлы (.o) или конечный двоичный файл:
readelf -h myprogram
6. Диагностика сбоев или дампов ядра
Назначение:
Если программа даёт сбой и создаёт дамп памяти (файл ELF), вы можете просмотреть дамп памяти, чтобы проанализировать состояние программы на момент сбоя и упростить поиск причины ошибки.
Пример:
Если вы хотите проанализировать дамп ядра, запустите:
readelf -h core
обеспечивает отправную точку для понимания сбоя.
7. Оптимизация производительности
Назначение:
Опытные пользователи, которые хотят оптимизировать свои системы, могут проанализировать двоичные файлы, чтобы узнать, являются ли они динамически или статически связанными, сколько разделов загружается в память и другие характеристики, связанные с производительностью.
Пример:
Использование objdump для проверки машинного кода или связанных разделов программы может помочь пользователям или разработчикам выявить неэффективный код.
Для обычного пользователя Linux эти команды могут не использоваться ежедневно, но они пригодятся при устранении неполадок в системе, проверке целостности файлов, понимании зависимостей программ или отладке программного обеспечения.
Заключение
Исполняемый и компонуемый формат (ELF) — важная часть работы Linux. Он помогает вашему компьютеру бесперебойно запускать программы, организуя различные типы файлов, такие как исполняемые файлы, объектные файлы, общие библиотеки и дампы памяти. Понимание ELF поможет вам устранять неполадки и оптимизировать систему.