ELF解析04 - 字符串表/导入库表/符号表/导入表

本文主要讨论 Dynamic Segment 里面的几个子表。

总体结构介绍

我们先总体看下 Dynamic Segment ：

这里我们只需要关心图中两个画圆圈的地方。

第一个是虚拟地址

由于 Dynamic Segment 的子表内容都在可加载段的范围里面，所以对这些子表的访问都是在虚拟内存里面进行的。

p_offset_FROM_FILE_BEGIN 这个值我们可以自己静态分析使用，但是解析的时候不要用这个地址。包括 p_filesz_SEGMENT_FILE_LENGTH p_memsz_SEGMENT_RAM_LENGTH，这些值都没用。

有一个需要注意的地方，就是p_offset_FROM_FILE_BEGIN 的值要比 p_vaddr_VIRTUAL_ADDRESS 的值要大一个 PAGE 值。这是为啥呢？

是因为第二个可加载段的映射偏差：

可以看到在第二个可加载段在做内存映射的时候就有一个 PAGE 值的偏差，由于只要是放在第二个段里面的内容，就会有一个 PAGE 的偏差。

第二个是子表

第二个画圈的地方说明了，子表有 39 项。但是实际上最后几项都是 NULL：

所以解析子表的时候，不会去先计算子表的大小，然后用 大小/sizeof(xxx) 这样的方式，而是直接从头开始解析，直到遇到 DT_NULL。

子表的结构体是 struct Elf64_Dyn ：

arduino 复制代码

typedef struct
{
  Elf64_Sxword d_tag;   /* Dynamic entry type */
  union
    {
      Elf64_Xword d_val;  /* Integer value */
      Elf64_Addr d_ptr;   /* Address value */
    } d_un;
} Elf64_Dyn;

一共16个字节，前8个字节表示类型，后8个字节表示地址（注意表示的是虚拟地址）或者整数值。

我们先研究字符串表，其 type 为 5：

字符串表

我们找到字符串表的虚拟地址位置 0x2328，它是在第一个段里面。其实这个地址也能在 section header 里面找到：

只不过 section header 里面的这个地址容易被篡改而已。

根据第一个段的mmap映射关系，我们知道，其文件位置也是 0x2328，我们跳过去看看：

明显看出，这里确实是字符串表。

这个表要如何访问呢？使用相对于字符串表的偏移。 一个访问规律就是尽可能使用较小的相对偏移，我猜测是为了减少数据大小。像数组表，就使用数组索引来访问，而字符串元素大小不固定，所以就使用偏移。

我们以导入库表为例，顺便介绍对字符串表的访问。

导入库表

在子表里面，type 为 1 的，就是导入库表。这里有8项，说明这个 ELF 依赖了其他8个 so。以第一项为例：

这里的 d_ptr 的值是 0xD1B，这个值就是字符串表的相对偏移，我们算一下其真实虚拟地址：

ini 复制代码

0xD1B + 0x2328 = 0x3043

可以看到，其 so 的名字为 liblog.so：

符号表

对于符号表来说，就是描述的一个映射关系：一个符号对应着一个地址。

符号表 type 为 6：

其数据结构为：

arduino 复制代码

typedef struct
{
  Elf64_Word st_name;  /* Symbol name (string tbl index) */
  unsigned char st_info;  /* Symbol type and binding */
  unsigned char st_other;  /* Symbol visibility */
  Elf64_Section st_shndx;  /* Section index */
  Elf64_Addr st_value;  /* Symbol value */
  Elf64_Xword st_size;  /* Symbol size */
} Elf64_Sym;

里面的字段就不解释了，我还记得之前的笔记里面做过详细的解释，但是现在也忘记的差不过了，只要有个印象就行，后面真的遇到了再回过头看或者查资料。

该数据结构一共占24个字节：

arduino 复制代码

typedef struct {
 Elf64_Word st_name; // 4 B (B for bytes)
 unsigned char st_info; // 1 B
 unsigned char st_other; // 1 B
 Elf64_Half st_shndx; // 2 B
 Elf64_Addr st_value; // 8 B
 Elf64_Xword st_size; // 8 B
} Elf64_Sym; // total size = 24 B

符号表的第一项全是0值，我们不管。

我们以linker中的某一项为例：

前4个字节表示字符串的偏移，值为 rtld_db_dlactivity 。再看其 st_value，是 0232D8，到 IDA 中看看这个地址里面是什么东西：

我们发现，字符串名字与 IDA 中导出符号的名字是一样的。

但是，同一个地址可以对应多个不同的字符串，地址可以有多个名字，不是一对一的关系。

ELF文件的最后也详细的解释了这个动态符号表：

重定位表（rela.plt）

重定位表起始就是对需要重定位符号的描述：

其真实储存地址
其类型与符号索引
attend

其 type 为 23。

请参见过程链接表（特定于处理器）。此元素要求同时存在 DT_PLTRELSZ 和 DT_PLTREL 元素。

DT_PLTRELSZ：PLT类型重定位的大小
DT_PLTREL：指明PLT重定位的类型，这一项的value就高级了，value的值是DT_REL（17）或DT_RELA（7）宏的值。

其结构体如下，24个字节：

arduino 复制代码

typedef struct
{
  Elf64_Addr r_offset;  /* Address */
  Elf64_Xword r_info;   /* Relocation type and symbol index */
  Elf64_Sxword r_addend;  /* Addend */
} Elf64_Rela;

从 r_info 的解释可知，重定位表里面的符号集合是符号表的子表。

从 section 里面还可以看出，它是对应的这个：

跳转到 9C10 位置，分析第一项：

第一项是地址，我们去 IDA 里面看+7一下：

css 复制代码

.got.plt:000000000005F658 68 59 06 00 00 00 00 00       off_5F658 DCQ __libc_init               ; DATA XREF: .__libc_init↑o
.got.plt:000000000005F658                                                                       ; .__libc_init+4↑r
.got.plt:000000000005F658                                                                       ; .__libc_init+8↑o

这个地址里面储存的值是68 59 06 00 00 00 00 00 ，而这个值代表了一个函数（__libc_init）的地址，当然现在是没有值的：

css 复制代码

extern:0000000000065968 00 00 00 00 00 00 00 00       IMPORT __libc_init                      ; CODE XREF: .__libc_init+C↑j
extern:0000000000065968                                                                       ; DATA XREF: .got.plt:off_5F658↑o

需要等程序链接后，将 __libc_init 的真实地址给填入到5F658的位置，这个过程其实就是 plt 的过程。

后面的8个字节分为两部分：

0402，这个是重定位类型，具体为 #define R_AARCH64_JUMP_SLOT 1026，详细看源码：cs.android.com/android/pla...
01 ，这个是符号表的索引，我们找到符号表，然后看其第一项

这就是说，对于导入表，linker 需要先加载该 ELF 所依赖的 so，然后再找到这个符号，最后将这个符号的真实地址填入到 5F658这个位置。

有一个地方需要注意，就是linker在寻找符号的时候，它不知道这个符号存放在哪个so里面。我们可以从 IDA 中得到验证：

这里的 Library 写的是 .dynsym，但是屁用没有。

所以，当两个 so 出现了相同的符号时，那么就以先找到的为准，可以理解为 linker 会去遍历所依赖的 so，在里面找导出符号，找到匹配的了就直接返回。

其实这个过程，看过 csapp 的应该好理解，而且 010 中体现的也很明显：

由于 0x05F658 的大小已经超过了第一个可加载段的长度，所以这个地址在第二个可加载段中，算一下偏移，它在文件中的地址为 0x05E658 处：

这里有很多的 F0 B8 值，这因为 plt 懒加载的原因，plt 项全部都指向一个特定的地址，然后从这个地址开始执行，解析符号，得到地址后，再回填到这个地址，后面就不用在走这个过程了。

最后

由于64位 so 的重定位类型相当之多，所以想模拟一下程序的加载还是很有难度的，需要写很多个 switch case，暂时就不写了。我贴一下 linker 源码：

perl 复制代码

case R_ARM_JUMP_SLOT:
    COUNT_RELOC(RELOC_ABSOLUTE);
    MARK(rel->r_offset);
    TRACE_TYPE(RELO, "%5d RELO JMP_SLOT %08x <- %08x %s\n", pid,
               reloc, sym_addr, sym_name);
    *((unsigned*)reloc) = sym_addr;
    break;
case R_ARM_GLOB_DAT:
    COUNT_RELOC(RELOC_ABSOLUTE);
    MARK(rel->r_offset);
    TRACE_TYPE(RELO, "%5d RELO GLOB_DAT %08x <- %08x %s\n", pid,
               reloc, sym_addr, sym_name);
    *((unsigned*)reloc) = sym_addr;
    break;
case R_ARM_ABS32:
    COUNT_RELOC(RELOC_ABSOLUTE);
    MARK(rel->r_offset);
    TRACE_TYPE(RELO, "%5d RELO ABS %08x <- %08x %s\n", pid,
               reloc, sym_addr, sym_name);
    *((unsigned*)reloc) += sym_addr;
    break;

在 2.x 版本的时候，switch case 还不多，对于理解核心逻辑非常有帮助。核心代码就一行：

arduino 复制代码

    *((unsigned*)reloc) = sym_addr;
    *((unsigned*)reloc) += sym_addr;

不过是，不同的重定位类型有不同的处理。

对于像 R_ARM_GLOB_DAT与 R_ARM_JUMP_SLOT ，就是直接赋值符号真实地址就好了。

对于像 R_ARM_ABS32 之类的，需要加上符号的真实地址，这个有可能是因为访问了结构体或者数组元素，编译器在编译文件时就写入了一个结构偏移量，而符号的地址是结构的起始地址，所以最终需要加上这个地址。

当然要完全的理解这些东西，需要去看文档。不同的符号，编译器在生成时会有不同的处理方式，给符号赋值不同的类型与重定位方式，然后 linker 会根据一定的规则对这些符号进行重定位，最后将值写入导入表地址中。