ELF 文件

1. Section 视角（面向链接过程）

• 用途：
• 主要用于链接器（linker）在链接多个目标文件时进行重定位、符号解析等操作。
• 包含信息：
• 包括符号表、重定位表、调试信息、各类型的代码段和数据段等。
• 特点：
• Section 信息对运行时执行不是必需的，很多内容（如调试信息）不会加载到内存中。

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2. Segment 视角（面向执行：程序加载）

• 用途：
• 操作系统加载器（loader）使用该视角将程序映射到内存中执行。
• 描述内容：
• 描述程序在内存中的布局，例如代码段、数据段以及其他需要加载的区域。
• 指定 segment 的虚拟地址、文件内偏移、加载大小和访问权限等。
• 特点：
• 仅包含程序运行时必需的信息。
• 不会加载那些仅用于调试或链接的 Section。

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3. Section 与 Segment 的映射关系

• 一个 segment 可以包含零个或多个 section。
• 部分 section 可能完全不属于任何 segment（如调试符号表）。
• 工具（例如 readelf）可以显示这两者之间的映射关系，帮助理解编译与加载过程中的数据组织。

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4. Program Header Table

• 用途：
• 用于管理所有 segments，指导加载器将程序正确映射到内存。
• 主要属性：
• Type（类型）： 如 PT_LOAD 表示该 segment 需要加载到内存中。
• Virtual Address： segment 在内存中的起始地址。
• Flags（标志）： 规定了 segment 的读/写/执行权限。
• Offset & Size： 描述 segment 在 ELF 文件中的偏移量及大小。
• Alignment： 指定 segment 在内存中所需的对齐要求。

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5. 程序加载过程

• 加载步骤：
• 加载器读取 Program Header Table，判断哪些 segment 的 Type 为 PT_LOAD。
• 仅加载必要的 segment 至内存中，而非整个 ELF 文件。
• 对于 segment 中 FileSiz 小于 MemSiz 的部分（通常对应于 .bss 段），加载器为其分配内存并将该区域清零。
• 目的：
• 确保程序运行时具有正确的内存映射和权限设置，提高加载效率，同时减少加载无关调试信息或符号表的开销。

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6. PT_LOAD 类型的 Segment

• 定义：
• 表示需要加载到内存中的程序段。
• 加载器操作：
• 根据该 segment 的 Offset、FileSiz、MemSiz、Virtual Address 和 Flags，读取文件中的数据，复制到相应内存位置。
• 对于 (VirtAddr + FileSiz, VirtAddr + MemSiz) 区间，加载器会进行清零操作，确保未初始化的数据（.bss）段被初始化为零。

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总结

• Section 视角服务于链接过程，包含大量调试和符号信息，而 Segment 视角 则专注于程序加载和运行时的内存映射。
• Program Header Table 指导加载器仅加载 PT_LOAD 类型的 segment，从而构建出程序在内存中的正确布局。
• 内存中多余的部分（如 .bss）需要清零以保证程序运行的正确性。

这种分离设计既满足了链接器对详细内部信息的需求，又保证了加载器只加载真正需要运行的部分，优化了内存使用和启动速度。

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