近期研究了一下elf文件格式，发现好多资料写的都比較繁琐，可能会严重打击学习者的热情，我把自己研究的结果和大家分享，希望我的描写叙述可以简洁一些。
一、基础知识
elf是一种文件格式，用于存储Linux程序. 它内部都有一些什么信息呢？大概包含编制好的计算机指令，数据，计算机在须要的时候把这个文件读取到内存中，cpu就能够从内存中一条一条的读取指令来运行了。
所以说想明确elf格式，我们应该了解一下计算机运行程序须要那些信息。所以这一节，我们补充一些计算机系统的基础知识。
进程和虚拟内存：
Linux系统给每一个进程分配了4GB的空间，当中 0xC0000000到0xFFFFFFFF 这个地址段是留给系统使用的，主要用于系统（linux 内核)和进程通信和交换数据， 用户能够使用3GB的空间从(0x00000000-0xBFFFFFFF).
事实上计算机的内存是没有那么大的，比方我们实际使用的计算机仅仅有2G,曾经更小，仅仅有几百M,并且一台计算机上不仅仅执行一个进程，一个占用4G，假设有10个进程，那就得着用40G了，哪有那么打的内存呢？事实上这个不要紧，由于操作系统分配给用户的是虚拟内存，程序要能够使用3个G的内存。至于操作系统如何把虚拟内存转化成物理内存，对于开发应用程序的project师来说，是不须要了解的。我们直接使用虚拟内存就能够了，而不用操心其他进程会侵犯到你的内存空间。
进程的创建和执行进程的创建和执行：
大致经历了下面步骤
1.用户请求执行程序时，操作系统会读取存储在磁盘上的可执行文件，在linux系统上这个文件就是我们的elf格式文件，为用户分配4G的虚拟内存空间，
2. 依据文件的信息指示，把不同的文件内容放到为你分配的这3G虚拟内存
3. 然后依据文件的指示，系统设置设置代码段和数据段寄存器
4.然后依据文件的指示, 跳转到用户的代码的入口地址（一般就是我们的main函数)
5.从main開始，计算机就一条一条的运行我们给的指令，处理我们的数据了，直到我们程序结束。尽管在这个过程中，系统会多次切换到其它进程，但对用户程序来说没有影响，我们能够觉得计算机仅仅为我们服务。
通过以上我们多次看到计算机是依据文件指示这种语言，所以学习elf 首先要理解elf指示了那些信息。
二、可运行的elf文件。
elf文件分三种类型： 1、目标文件（一般是.o); 2、可执行文件(我们的执行文件) 3、动态库(.so)
我们先讲一下可运行文件。
可运行文件一般分成4个部分，能扩展，我们理解这4部分就够了。
1、elf文件头 ，这个文件是对elf文件总体信息的描写叙述，在32位系统下是56的字节，在64位系统下是64个字节。
对于可运行文件来说，文件头包括的一下信息与进程启动相关
e_entry 程序入口地址
e_phoff segment偏移
e_phnum segment数量
2. segment表， 这个表是载入指示器，操作系统（确切的说是载入器，有些elf文件，比方操作系统内核，是由其它程序载入的）,该表的结构很重要。
typedef struct
{
Elf64_Word p_type; /* Segment type */
Elf64_Word p_flags; /* Segment flags */ /*segment权限，6表示可读写，5表示可读可运行
Elf64_Off p_offset; /* Segment file offset */ /*段在文件里的偏移*/
Elf64_Addr p_vaddr; /* Segment virtual address */ /*虚拟内存地址，这个表示内存中的
Elf64_Addr p_paddr; /* Segment physical address /*物理内存地址，相应用程序来说，这个字段无用*/
Elf64_Xword p_filesz; /* Segment size in file */ /*段在文件里的长度*/
Elf64_Xword p_memsz; /* Segment size in memory */ /在内存中的长度，一般和p_filesz的值一样*/
Elf64_Xword p_align; /* Segment alignment */ /* 段对齐*/
} Elf64_Phdr;
3. elf的主题，对于可运行文件来说，最基本的就是数据段和代码段
4. section表，对可运行文件来说，没实用，在链接的时候实用，是对代码段数据段在链接是的一种描写叙述。
整个elf文件的组成能够使用下图来描写叙述
该图片使用的是Linux C编程作者 宋劲斌的图片
上图program header table 实际上就是我们说的segment table. segments 是从执行的角度来描写叙述elf文件， sections是从链接的角度来描写叙述elf文件的。
本节我们仅仅将elf文件的运行，所以我们仅仅讲segment相关的内容。
我们将通过一个样例来解说系统载入elf的过程(64位平台)。
我们编写一个简单的汇编程序
.section .data
.global data_item
data_item:
.long 3,67,28
.section .text
.global _start
_start:
mov $1,%eax
mov $4,%ebx
int $0x80
编译链接后生成hello文件，我们分析hello文件.
运行：readelf -h ../asm/hello （readelf -h 是读取elf文件头的命令)
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF64
Data: 2‘s complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: EXEC (Executable file)
Machine: Advanced Micro Devices X86-64
Version: 0x1
Entry point address: 0x4000b0 //程序的入口地址是0x4000b0
Start of program headers: 64 (bytes into file) //segment表在文件64字节偏移处
Start of section headers: 240 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 64 (bytes)
Size of program headers: 56 (bytes) //segment头项的长度是56字节（32系统是32字节)
Number of program headers: 2
Size of section headers: 64 (bytes)
Number of section headers: 6
Section header string table index: 3
对于程序的装载，我们关心这三项：
Entry point address: 0x4000b0 //程序的入口地址是0x4000b0
Start of program headers: 64 (bytes into file) //segment表在文件64字节偏移处
Size of program headers: 56 (bytes) //segment头项的长度是56字节（32系统是32字节)
以上内容告诉我们segment表在文件的64字节处，我们看看64字节处有什么内容。
运行 readelf -l ../asm/hello 输出segments信息。(readelf -l 读取segments)
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr
FileSiz MemSiz Flags Align
LOAD 0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
0x00000000000000bc 0x00000000000000bc R E 200000
LOAD 0x00000000000000bc 0x00000000006000bc 0x00000000006000bc
0x000000000000000c 0x000000000000000c RW 200000
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00 .text
01 .data
我们看到程序有两个segment ，分别叫做.text 和.data
.text的Offset是0，FileSiz是0x0,MemSiz是0xbc, VirtAddr是0x400000,Flags是R E,表示载入起将把elf文件里从0字节開始直到oxbc处的内容载入到虚拟内存中的0x400000处，占用0xbc长度的内存。设置该内存的权限是RE(可读，可运行），这一段的内容正好是elf头，segments table,和代码段。
在看看elfheader 的e_entry 的地址 0x4000b0，这个地址正好是代码段的起始地址。
.data的Offset是0，FileSiz是0xbc,MemSiz是0x0c, VirtAddr是0x6000bc,Flags是R W,表示载入起将把elf文件里从bc字节開始直到oxbc + 0xc处的内容载入到虚拟内存中的0x6000bc处，占用0x0c长度的内存。设置该内存的权限是RE(可读，可运行）
为什么数据段的事实上地址是0x6000bc,而不是0x6000000呢，这是由Align决定的，Align决定内存和磁盘以1M为单位进行映射，在文件里.data 和.text处于一个页面中，在映射的时候，直接把整个页面都映射到了0x6000000处，所以把数据段的偏移设置成了0x60000bc,0x600000到0x6000bc的内容不使用。
有了以上内容，系统就能够依据elf文件创建进程了。
下一节，我们将讲述静态链接编译的过程。