7.7. ELF头 (Header)
ELF（Executable and Linkable Format）是类Unix系统中广泛使用的可执行文件、
目标代码和共享库的标准格式。其设计目标是支持跨平台、跨架构的二进制兼容性，
同时兼顾灵活性和高效性。[1]
下面我们主要看一下ELF的头部Header，下面示例是C语言的结构定义。
/* 32-bit ELF base types. */
typedef __u32 Elf32_Addr;
typedef __u16 Elf32_Half;
typedef __u32 Elf32_Off;
typedef __s32 Elf32_Sword;
typedef __u32 Elf32_Word;
/* 64-bit ELF base types. */
typedef __u64 Elf64_Addr;
typedef __u16 Elf64_Half;
typedef __s16 Elf64_SHalf;
typedef __u64 Elf64_Off;
typedef __s32 Elf64_Sword;
typedef __u32 Elf64_Word;
typedef __u64 Elf64_Xword;
typedef __s64 Elf64_Sxword;
#define EI_NIDENT 16
typedef struct {
unsigned char e_ident[EI_NIDENT];
Elf32_Half e_type;
Elf32_Half e_machine;
Elf32_Word e_version;
Elf32_Addr e_entry;
Elf32_Off e_phoff;
Elf32_Off e_shoff;
Elf32_Word e_flags;
Elf32_Half e_ehsize;
Elf32_Half e_phentsize;
Elf32_Half e_phnum;
Elf32_Half e_shentsize;
Elf32_Half e_shnum;
Elf32_Half e_shstrndx;
} Elf32_Ehdr;
typedef struct {
unsigned char e_ident[EI_NIDENT];
Elf64_Half e_type;
Elf64_Half e_machine;
Elf64_Word e_version;
Elf64_Addr e_entry;
Elf64_Off e_phoff;
Elf64_Off e_shoff;
Elf64_Word e_flags;
Elf64_Half e_ehsize;
Elf64_Half e_phentsize;
Elf64_Half e_phnum;
Elf64_Half e_shentsize;
Elf64_Half e_shnum;
Elf64_Half e_shstrndx;
} Elf64_Ehdr;
e_ident 与机器无关的数据，解释文件的内容。如下所示：
| Name | Value | Purpose | 内容 |
|---|---|---|---|
| EI_MAG0 | 0 | File identification | 文件标志符号，值为0x7f |
| EI_MAG1 | 1 | File identification | 文件标志符号，值为'E' |
| EI_MAG2 | 2 | File identification | 文件标志符号，值为'L' |
| EI_MAG3 | 3 | File identification | 文件标志符号，值为'F' |
| EI_CLASS | 4 | File class | 表明文件的类别 |
| EI_DATA | 5 | Data encoding | |
| EI_VERSION | 6 | File version | |
| EI_OSABI | 7 | Operating system/ABI identification | |
| EI_ABIVERSION | 8 | ABI version | |
| EI_PAD | 9 | Start of padding bytes | |
| EI_NIDENT | 16 | Size of e_ident[] |
EI_CLASS：指的是文件类型，下面三个值，
| Name | Value | Meaning |
|---|---|---|
| ELFCLASSNONE | 0 | Invalid class |
| ELFCLASS32 | 1 | 32-bit objects |
| ELFCLASS64 | 2 | 64-bit objects |
ELFCLASS32： 32位架构
ELFCLASS64： 64位架构
e_type
表明当前文件的类型，如下显示：
| Name | Value | Meaning |
|---|---|---|
| ET_NONE | 0 | No file type |
| ET_REL | 1 | Relocatable file |
| ET_EXEC | 2 | Executable file |
| ET_DYN | 3 | Shared object file |
| ET_CORE | 4 | Core file |
| ET_LOOS | 0xfe00 | Operating system-specific |
| ET_HIOS | 0xfeff | Operating system-specific |
| ET_LOPROC | 0xff00 | Processor-specific |
| ET_HIPROC | 0xffff | Processor-specific |
e_machine
表明当前ELF文件的机器架构类型。
在龙架构中，值等于EM_LOONGARCH，十进制:258，十六进制:0x102
e_version 标志此文件的版本。支持两个：
EV_NONE，0，表明是个无效的版本
EV_CURRENT，1，表示当前的版本（Current）
e_entry 程序入口虚拟地址，如果没有，则设置成0。
e_phoff 这个字段表示程序头表在文件的偏移（按照字节）
e_shoff 这个字段表示段头表在文件的偏移（按照字节）
e_flags[2] 架构相关的标志。
| Bit 31-8 | Bit 7-6 | Bit 5-3 | Bit 2-0 |
|---|---|---|---|
| (reserved) | ABI version | ABI extension | Base ABI Modifier |
下面我们主要看这些位的含义。
首先我们看e_flags[2:0](也就是Base ABI Type):
| 名称 | EL_CLASS类型 | e_flags[2:0]的值 | 描述 |
|---|---|---|---|
| lp64s | ELFCLASS64 | 0x1 | 使用64位通用寄存器和栈来 传递函数，数据模型是LP64 其中long和指针都是64位， 而 int类型是32位 |
| lp64f | ELFCLASS64 | 0x2 | 使用64位通用寄存器， 以及32位浮点寄存器和栈来 传递函数，数据模型是LP64 其中long和指针都是64位， 而 int类型是32位 |
| lp64d | ELFCLASS64 | 0x3 | 使用64位通用寄存器， 以及64位浮点寄存器和栈来 传递函数，数据模型是LP64 其中long和指针都是64位， 而 int类型是32位 |
| ilp32s | ELFCLASS32 | 0x1 | 使用32位通用寄存器和栈来 传递函数，数据模型是ILP32 其中long、指针和int类型是32位 |
| ilp32f | ELFCLASS32 | 0x2 | 使用32位通用寄存器， 以及32位浮点寄存器和栈来 传递函数，数据模型是ILP32 其中long、指针和int类型是32位 |
| ilp32d | ELFCLASS32 | 0x3 | 使用32位通用寄存器， 以及64位浮点寄存器和栈来 传递函数，数据模型是ILP32 其中long、指针和int类型是32位 |
其中e_flags[5:3](就是ABI extension):
| 名称 | e_flags[5:3]的值 | 描述 |
|---|---|---|
| base | 0x0 | No extra ABI features. |
| 0x1 - 0x7 | 保留(reserved) |
其中e_flags[7:6](就是ABI version):
| ABI 版本 | 值 | 描述 |
|---|---|---|
| v0 | 0x0 | 重定位类型是基于栈式的操作的ABI |
| v1 | 0x1 | 和v0不兼容，支持立即数直接写入立即数槽，而不是像栈式的那样进行计算 |
| 0x2，0x3 | 保留后续使用（Reserved.） |
Tip
v0我们称之为旧世界的ABI，也叫做ABI1.0，主要的区别是重定位的计算是按照栈式的计算方式。
是龙架构刚开始使用的程序接口。
v1我们称之为新世界的ABI，有时也称为ABI2.0。这两套ABI是不兼容的。
下面我们使用Linux的命令查看ELF的头表信息等。
bash> file main.loongarch64.elf
# hello: ELF 64-bit LSB executable, LoongArch, version 1 (SYSV), statically linked, not stripped
使用readelf -h main.loongarch64.elf可查看ELF头信息：
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: LoongArch
Version: 0x1
Entry point address: 0x120000114
Start of program headers: 64 (bytes into file)
Start of section headers: 66088 (bytes into file)
Flags: 0x43, DOUBLE-FLOAT, OBJ-v1
Size of this header: 64 (bytes)
Size of program headers: 56 (bytes)
Number of program headers: 3
Size of section headers: 64 (bytes)
Number of section headers: 9
Section header string table index: 8
其中Flags的值是0x43，也就是：
e_flags[7:6] = 2’b01，使用的v1；
e_flags[5:3] = 3’b000，默认，无扩展；
e_flags[2:0] = 3’b011，ELFCLASS64，也就是使用lp64d ABI；