Форматы исполняемых файлов. Файловая структура ос
Структура PE файла
Общее описание PE файла
Для решения широкого круга программистских задач требуется знание внутренней структуры исполняемых файлов и представление о том, как они загружаются в память.
Во всех 32-разрядных ветках ОС Windows объектные (.OBJ), библиотечные (.LIB) и исполняемые (.EXE и.DLL) файлы хранятся в едином формате COFF (Common Object File Format), который используется некоторыми системами семейства Unix и ОС VMS.
Формат PE (Portable Executable) является специализацией COFF для хранения исполняемых модулей. Он был стандартизован Tool Interface Standard Committee (Microsoft, Intel, IBM, Borland, Watcom и др.) в 1993 г., а затем понемногу обновлялся (последнее известное мне обновление было проведено в феврале 1999 г., но оно не учитывает поддержки метаданных для.NET, добавленной в 2000 г.). Название Portable Executable связано с тем, что данный формат не зависит от архитектуры процессора, для которого построен исполняемый файл.
На сегодняшний день существует два формата PE-файлов: PE32 и PE32+. Оба они ограничивают адресное пространство программы размеров в 4 Гб (0xFFFFFFFF), но PE32 использует 32-битовые адреса (архитектура Win32), а PE32+ - 64-битовые адреса (архитектура Win64).
Большинство описанных ниже структур и констант содержатся в стандартном заголовочном файле Windows WINNT.H.
Любой PE-файл состоит из нескольких заголовков и нескольких (от 1 до 96) секций. Заголовки содержат служебную информацию, описывающую различные свойства исполняемого файла и его структуру. Секции содержат данные, которые размещаются в адресном пространстве процесса во время загрузки исполняемого файла в память.
PE-файлы являются файлами с относительной загрузкой, т.е. теоретически могут размещаться в пространстве адресов 0x00000000 - 0xFFFFFFFF с любого адреса, называемого базовым адресом. Поскольку базовый адрес заранее неизвестен, структура PE-файлов основана на понятия RVA (relative virtual address, относительный виртуальный адрес). RVA представляет собой смещение от базового адреса исполняемого файла до данного адреса. Иными словами, для получения линейного адреса в виртуальной памяти процесса нужно сложить RVA с базовым адресом.
Следует особо подчеркуть, что RVA не имеют ничего общего общего со смещениями относительно начала файла. В процессе загрузки файла каждая его секция размещается в памяти со своего RVA и при необходимости дополняется нулями до заданного размера. При этом RVA секции и ее размер в памяти, вообще говоря, никак не связаны с ее местоположением и размером в исходном файле.
Общая структура PE-файла представлена в таблице 2.1:
Таблица 2.1 - Структура ре файла
Подробно каждая из этих структур описана ниже.
Общее описание заголовка и заглушки DOS
Поскольку и приложения DOS, и приложения Windows имеют расширение.EXE, все исполняемые файлы Windows используют схему двойной загрузки. Она состоит в том, что файл начинается с заголовка DOS, за которым следует заглушка (stub), т.е. небольшой EXE-файл формата DOS. При попытке загрузить файл из DOS"а исполняется заглушка, а при загрузке файла из Windows загрузчик анализирует заголовок DOS и извлекает из него смещение до настоящего заголовка исполняемого файла.
ь Структура заголовка DOS называется IMAGE_DOS_HEADER. Я не буду полностью описывать заголовок DOS, т.к. нас интересуют в нем только два поля, а именно:
ь 2-байтовая (WORD) сигнатура, находящаяся по смещению 0 (e_magic) и равная «MZ» (IMAGE_DOS_SIGNATURE);
ь 4-байтовое (DWORD) смещение от начала файла до заголовка PE, находяшееся по смещению 0x3C (e_lfanew).
При загрузке PE-файла сначала нужно проверить сигнатуру DOS, затем найти смещение до заголовка PE, а затем проверить сигнатуру PE, расположенную в начале его заголовка. Эта сигнатура состоит из 4 байтов и равна «PE» (обозначение IMAGE_NT_SIGNATURE).
Такую же схему двойной загрузки используют и другие файлы (исполняемые файлы Win16 и OS/2 и VxD-драйверы Windows 9x), поэтому проверка правильности сигнатуры PE обязательна.
Обычно заглушка DOS выводит на экран сообщение типа «Эта программа требует Microsoft Windows» и заканчивает работу. Однако при сборке программы мы можем указать в командной строке сборщика любой EXE-файл DOS в качестве заглушки. Это позволяет создавать «дуальные» программы, работающие и в DOS, и в Windows.
Сруктура DOS заголовка
typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER { // DOS.EXE заголовок
USHORT e_magic; // Магическое число
USHORT e_cblp; // Количество байт на последней странице файла
USHORT e_cp; // Количество страниц в файле
USHORT e_crlc; // Relocations
USHORT e_cparhdr; // Размер заголовка в параграфах
USHORT e_minalloc; // Minimum extra paragraphs needed
USHORT e_maxalloc; // Maximum extra paragraphs needed
USHORT e_ss; // Начальное (относительное) значение регистра SS
USHORT e_sp; // Начальное значение регистра SP
USHORT e_csum; // Контрольная сумма
USHORT e_ip; // Начальное значение регистра IP
USHORT e_cs; // Начальное (относительное) значение регистра CS
USHORT e_lfarlc; // Адрес в файле на таблицу переадресации
USHORT e_ovno; // Количество оверлеев
USHORT e_res; // Зарезервировано
USHORT e_oemid; // OEM identifier (for e_oeminfo)
USHORT e_oeminfo; // OEM information; e_oemid specific
USHORT e_res2 ; // Зарезервировано
LONG e_lfanew; // Адрес в файле нового.exe-заголовка
} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;
Самым важным здесь является поле e_lfanew, которое содержит 4-байтовое смещение от начала файла до PE-заголовка. Первое поле структуры e_magic содержит сигнатуру исполняемого файла. Все MS-DOS-совместимые исполняемые файлы имеют сигнатуру 0x54AD, которая в ASCII-символах представлена двумя символами MZ. По этой причине заголовок DOS часто называют MZ-заголовком.
Структура PE заголовка
Заголовок PE (IMAGE_NT_HEADERS) состоит из трех частей (см. Таблицу 2.2):
Таблица 2.2 - Структура заголовка
struct IMAGE_NT_HEADERS {
DWORD Signature;
IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;
IMAGE_OPTIONAL_HEADER OptionalHeader;
Заголовок PE всегда начинается с 4-байтовой сигнатуры «PE» (IMAGE_NT_SIGNATURE). За ней следуют два заголовка: заголовок файла (IMAGE_FILE_HEADER) и необязательный заголовок (IMAGE_OPTIONAL_HEADER). Несмотря на свое название, IMAGE_OPTIONAL_HEADER присутствует в PE-файле всегда (необязательным он является с точки зрения общего формата COFF, поскольку не используется в объектных и библиотечных файлах).
Заголовок файла
Заголовок файла состоит из 0x14 байтов (определение IMAGE_SIZEOF_FILE_HEADER), размещается сразу после сигнатуры и содержит общее описание файла. Он состоит из следующих полей:
Таблица 2.3 - Структура заголовка файла
Описание назначения полей.
Поле Machine
16-битовое число, которое задает архитектуру процессора, на которой может выполняться данная программа.
Поле TimeDateStamp
32-битовое число, которое содержит дату и время создания данного файла. Формат этого поля недокументирован, однако сборщики Microsoft заносят сюда время как количество секунд от полуночи 01.01.1970 в UTC (т.е. используют юниксовский формат времени, возвращаемого функцией time языка C). Между прочим, это означает, что текущее состояние формата PE действительно только до 18.01.2038 г.
Поскольку формат этого поля недокументирован, некоторые сборщики третьих фирм сохраняют его значение в других форматах. Это может оказаться важным, т.к. данное поле используется при динамическом связывании импорта из DLL.
Поля PointerToSymbolTable и NumberOfSymbols
Согласно стандарту COFF, эти 4-байтовые поля должны обеспечивать доступ к отладочной информации в файле. Однако все известные мне сборщики заносят в них нули, а для доступа к отладочной информации используется иной способ (см. каталог отладочной информации).
Поле SizeOfOptionalHeader
16-битовое число, задающее размер необязательного заголовка. Оно равно 0xE0 для файлов PE32 (IMAGE_SIZEOF_NT_OPTIONAL32_HEADER) и 0xF0 для файлов PE32+ (IMAGE_SIZEOF_NT_OPTIONAL64_HEADER).
Поле Characteristics
16-битовое поле флагов, содержащее COFF-атрибуты файла.
Необязательный заголовок
Необязательный заголовок имеет два различных формата: для PE32 и для PE32+. Соответствующие структуры называются IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 и IMAGE_OPTIONAL_HEADER64. Их поля сведены в Таблице 2.4:
Таблица 2.4 - Структура необязательного заголовка
|
Смещение (hex, PE32/PE32+) |
Размер (PE32/PE32+) |
Тип (PE32/PE32+) |
Название |
Описание |
|
Сигнатура заголовка. |
||||
|
MajorLinkerVersion |
Старшая цифра номера версии сборщика. Загрузчиком не используется. |
|||
|
MinorLinkerVersion |
Младшая цифра номера версии сборщика. Загрузчиком не используется. |
|||
|
Сумма размеров всех секций, содержащих програмный код. |
||||
|
SizeOfInitializedData |
Сумма размеров всех секций, содержащих инициализированные данные. |
|||
|
SizeOfUninitializedData |
Сумма размеров всех секций, содержащих неинициализированные данные. |
|||
|
AddressOfEntryPoint |
RVA точки запуска программы. Для драйвера - это адрес DriverEntry, для DLL - адрес DllMain или нуль. |
|||
|
RVA начала кода программы. |
||||
|
RVA начала данных программы. Ненадежное поле, загрузчиком не используется. В PE32+ отсутствует! |
||||
|
Предпочтительный базовый адрес программы в памяти, кратный 64 Кб. По умолчанию равен 0x00400000 для EXE-файлов в Windows 9x/NT, 0x00010000 для EXE-файлов в Windows CE и 0x10000000 для DLL. Загрузка программы с этого адреса позволяет обойтись без настройки адресов. |
||||
|
SectionAlignment |
Выравнивание в байтах для секций при загрузке в память, большее или равное FileAlignment. По умолчанию равно размеру страницы виртуальной памяти для данного процессора. |
|||
|
Выравнивание в байтах для секций внутри файла. Должно быть степенью 2 от 512 до 64 Кб включительно. По умолчанию равно 512. Если SectionAlignment меньше размера страницы виртуальной памяти, то FileAlignment должно с ним совпадать. |
||||
|
MajorOperatingSystemVersion |
Старшая цифра номера версии операционной системы. Загрузчиком не используется. |
|||
|
MinorOperatingSystemVersion |
Младшая цифра номера версии операционной системы. Загрузчиком не используется. |
|||
|
MajorImageVersion |
Старшая цифра номера версии данного файла. Загрузчиком не используется. |
|||
|
MinorImageVersion |
Младшая цифра номера версии данного файла. Загрузчиком не используется. |
|||
|
MajorSubsystemVersion |
Старшая цифра номера версии подсистемы. |
|||
|
MinorSubsystemVersion |
Младшая цифра номера версии подсистемы. |
|||
|
Win32VersionValue |
Зарезервировано, всегда равно 0. |
|||
|
Размер файла в памяти, включая все заголовки. Должен быть кратен SectionAlignment. |
||||
|
Суммарный размер заголовка и заглушки DOS, заголовка PE и заголовков секций, выравненный на границу FileAlignment. Задает смещение от начала файла до данных первой секции. |
||||
|
Контрольная сумма файла. |
||||
|
Исполняющая подсистема Windows для данного файла. |
||||
|
DllCharacteristics |
Дополнительные атрибуты файла. |
|||
|
SizeOfStackReserve |
Размер стека стартового потока программы в байтах виртуальной памяти. При загрузке в физическую память отображается только SizeOfStackCommit байт, в дальнейшем отображается по одной странице виртуальной памяти. По умолчанию равен 1 Мб. |
|||
|
SizeOfStackCommit |
Начальный размер стека программы в байтах. По умолчанию равен 4 Кб. |
|||
|
SizeOfHeapReserve |
Размер кучи программы в байтах. При загрузке в физическую память отображается только SizeOfHeapCommit байт, в дальнейшем отображается по одной странице виртуальной памяти. По умолчанию равен 1 Мб. Во всех 32-разрядных версиях Windows куча ограничена только размером виртуальной памяти и это поле, по-видимому, игнорируется. |
|||
|
SizeOfHeapCommit |
Начальный размер кучи программы в байтах. По умолчанию равен 4 Кб. |
|||
|
Устаревшее поле, не используется. |
||||
|
NumberOfRvaAndSizes |
Количество описателей каталогов данных. На текущий момент всегда равно 16. |
|||
|
IMAGE_DATA_DIRECTORY |
Описатели каталогов данных. |
16-битовое поле, содержащее сигнатуру заголовка. Может принимать значения (см. Таблицу 2.4):
Таблица 2.4 - Допустимые значения поля Magic
Поля MajorSubsystemVersion и MinorSubsystemVersion
16-битовые числа, указывающее ожидаемую версию Windows. В отличие от всех остальных полей с номерами версий это поле анализировалось при загрузке программ в NT 4.0 и 95. Если программа была графическим приложением и это поле не содержало версии 4.0, то считалось, что программа разработана для NT 3.51 и моделировалось поведение этой ОС (в частности, отсутствие трехмерных стилей диалогов и пр.). В настоящее время не используется и практически всегда равно 4.0.
Поле CheckSum
32-битовая контрольная сумма файла. Проверяется только в Windows NT при загрузке драйверов ядра и нескольких системных DLL. Алгоритм вычисления контрольной суммы недокументирован, но для ее вычисления можно использовать системную функцию CheckSumMappedFile из библиотеки IMAGEHLP.DLL.
Поле Subsystem
16-битовое число, указывающее в какой подсистеме Windows API должен исполняться данный файл. Его возможные значения представлены в таблице 2.5:
Таблица 2.5 - Допустимые значения поля Subsystem
|
Название |
Значение |
Подсистема |
|
IMAGE_SUBSYSTEM_UNKNOWN |
Неизвестная подсистема. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_NATIVE |
Подсистема не требуется, используется драйверами и «родными» приложениями NT. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_WINDOWS_GUI |
Графическая подсистема Windows. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_WINDOWS_CUI |
Консольная подсистема Windows. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_OS2_CUI |
Консольная подсистема OS/2. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_POSIX_CUI |
Консольная подсистема POSIX. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_NATIVE_WINDOWS |
«Родной» драйвер Win 9x. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_WINDOWS_CE_GUI |
Графическая подсистема Windows CE. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_EFI_APPLICATION |
Программа EFI. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_EFI_BOOT_SERVICE_DRIVER |
Драйвер EFI, обеспечивающий загрузочный сервис. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_EFI_RUNTIME_DRIVER |
Драйвер EFI времени выполнения. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_EFI_ROM |
Прошивка ПЗУ для EFI. |
|
|
IMAGE_SUBSYSTEM_XBOX |
Подсистема Xbox. |
Поле DLLCharacteristics
16-битовое поле флагов, задающие дополнительные атрибуты файла. Возможные значения флагов представлены в таблице 2.6.
Таблица 2.6 - Возможные значения флагов поля DLLCharacteristics
Поля NumberOfRvaAndSizes и DataDirectory
В конце необязательного заголовка располагается 32-битовое число, в котором хранится количество описателей каталогов данных. За ним следует массив самих описателей, каждый из которых имеет такой вид:
struct IMAGE_DATA_DIRECTORY {
DWORD VirtualAddress;
В настоящее время поле NumberOfRvaAndSizes всегда содержит число 16 (символическое имя IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES). Соответственно массив DataDirectory состоит также из 16 описателей. Каждый описатель содержит RVA и размер для одного каталога данных. Если какого-либо каталога в файле нет, то оба поля его описателя равны нулю.
Каждый из каталогов данных содержит определенную служебную информацию. Вид этой информации определяется номером каталога в массиве описателей. Поскольку каталоги данных, как правило, располагаются внутри секций, для доступа к их содержимому нам потребуется сначала изучить структуру секций.
Заголовки секций
Сразу после заголовка PE в файле располагается массив заголовков секций. Его размер задается полем NumberOfSections заголовка файла. Каждый заголовок секции состоит из 0x28 байт и имеет следующую структуру (см. Таблицу 2.7):
Таблица 2.7 - Струкура заголовка секции
|
Смещение (hex) |
Название |
Описание |
||
|
Название секции. |
||||
|
Misc. VirtualSize |
Размер секции в памяти. Если это значение больше SizeOfRawData, то секция дополняется в памяти нулевыми байтами. |
|||
|
RVA секции в памяти. |
||||
|
Размер секции в файле. Всегда кратен FileAlignment из необязательного заголовка. Если секция содержит только неинициализированные данные, то это поле равно нулю. |
||||
|
PointerToRawData |
Смещение в файле до начала данных секций. Всегда кратно FileAlignment из необязательного заголовка. Если секция содержит только неинициализированные данные, то это поле равно нулю. |
|||
|
PointerToRelocations |
||||
|
PointerToLinenumbers |
В исполняемых файлах это поле всегда равно нулю. |
|||
|
NumberOfRelocations |
В исполняемых файлах это поле всегда равно нулю. |
|||
|
NumberOfLinenumbers |
В исполняемых файлах это поле всегда равно нулю. |
|||
|
Characteristics |
Атрибуты секции. |
Название секции
Название секции содержит от 0 до 8 ASCII-символов. Вместо константы 8 можно использовать определение IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME. Если длина названия меньше 8 символов, то оно дополняется нулевыми байтами. Если оно состоит ровно из 8 символов, то завершающего нулевого байта нет. Важно отметить, что название секции, вообще говоря, никак не соотносится с ее содержимым. Каждый компилятор использует свое собственное соглашение о именовании секций, поэтому полагаться на название секции при ее анализе нельзя. Единственно надежным способом определить, что содержит данная секция, является анализ ее атрибутов и содержащихся в ней каталогов данных.
Атрибуты секции
32-битовое поле Characteristics содержит набор флагов, описывающих содержимое данной секции. Секции исполняемого файла могут иметь следующие атрибуты (см. Таблицу 2.8):
Таблица 2.8 - Атрибуты секции
|
Название |
Значение |
Описание |
|
IMAGE_SCN_CNT_CODE |
Секция содержит исполняемый код. |
|
|
IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA |
Секция содержит инициализированные данные. |
|
|
IMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA |
Секция содержит неинициализированные данные. |
|
|
IMAGE_SCN_MEM_DISCARDABLE |
Секция может быть удалена из памяти после создания процесса. |
|
|
IMAGE_SCN_MEM_NOT_CACHED |
Секция не может кэшироваться. |
|
|
IMAGE_SCN_MEM_NOT_PAGED |
Секция не может выгружаться в файл подкачки. |
|
|
IMAGE_SCN_MEM_SHARED |
Все копии данного файла могут иметь один общий экземпляр этой секции. По-видимому, используется только для секций данных динамических библиотек. |
|
|
IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE |
Секцию можно исполнять как программный код. |
|
|
IMAGE_SCN_MEM_READ |
||
|
IMAGE_SCN_MEM_WRITE |
В секцию можно писать. |
Сами секции располагаются в файле после всех заголовков секций. Каждая секция выравнена на границу FileAlignment из необязательного заголовка.
При анализе содержимого секций следует учитывать, что это содержимое может быть разнородным. Например, одна секция может содержать и исполняемый код, и таблицу импорта.
Typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
WORD Machine;
WORD NumberOfSections;
DWORD TimeDateStamp;
DWORD PointerToSymbolTable;
DWORD NumberOfSymbols;
WORD SizeOfOptionalHeader;
WORD Characteristics;
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;
Я лишь сухо опишу данные поля, т.к. названия интуитивно понятные и представляют из себя непосредственные значения, а не VA, RVA, RAW и прочие страшные интригующие штуки, о которых пока, мы только слышали от старых пиратов. Хотя с RAW мы уже сталкивались - это как раз смещения относительно начала файла (их ещё называют сырыми указателями или file offset). То есть если мы имеем RAW адрес, это значит что нужно шагнуть от начала файла на RAW позиций (ptrFile
+ RAW). После можно начинать читать значения. Ярким примером данного вида является e_lfnew
- что мы рассмотрели выше в Dos заголовке.
*Machine
: WORD - это число (2 байта) задаёт архитектуру процессора, на которой данное приложение может выполняться.
NumberOfSections
: DWORD - количество секций в файле. Секции (в дальнейшем будем называть таблицей секций) следуют сразу после заголовка (PE-Header). В документации сказано что количество секций ограничено числом 96.
TimeDateStamp
: WORD - число хранящее дату и время создания файла.
PointerToSymbolTable
: DWORD - смещение (RAW) до таблицы символов, а SizeOfOptionalHeader - это размер данной таблицы. Данная таблица призвана служить для хранения отладочной информации, но отряд не заметил потери бойца с самого начала службы. Чаще всего это поле зачищается нулями.
SIzeOfOptionHeader
: WORD - размер опционального заголовка (что следует сразу за текущим) В документации указано, что для объектного файла он устанавливается в 0…
*Characteristics
: WORD - характеристики файла.
* - поля, которые определены диапозоном значений. Таблицы возможных значений представлены в описании структуры на оф. сайте и приводиться здесь не будут, т.к. ничего особо важного для понимая формата они не несут.
Оставим этот остров! Нам нужно двигаться дальше. Ориентир - страна под названием Optional-Header.
“- Где карта, Билли? Мне нужна карта.”
(Остров сокровищ)
Optional-Header (IMAGE_OPTIONAL_HEADER)
Название сего материка заголовка не очень удачное. Этот заголовок является обязательным и имеет 2 формата PE32 и PE32+ (IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 и IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 соответственно). Формат хранится в поле Magic : WORD. Заголовок содержит необходимую информацию для загрузки файла. Как всегда :
IMAGE_OPTIONAL_HEADER
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
WORD Magic;
BYTE MajorLinkerVersion;
BYTE MinorLinkerVersion;
DWORD SizeOfCode;
DWORD SizeOfInitializedData;
DWORD SizeOfUninitializedData;
DWORD AddressOfEntryPoint;
DWORD BaseOfCode;
DWORD BaseOfData;
DWORD ImageBase;
DWORD SectionAlignment;
DWORD FileAlignment;
WORD MajorOperatingSystemVersion;
WORD MinorOperatingSystemVersion;
WORD MajorImageVersion;
WORD MinorImageVersion;
WORD MajorSubsystemVersion;
WORD MinorSubsystemVersion;
DWORD Win32VersionValue;
DWORD SizeOfImage;
DWORD SizeOfHeaders;
DWORD CheckSum;
WORD Subsystem;
WORD DllCharacteristics;
DWORD SizeOfStackReserve;
DWORD SizeOfStackCommit;
DWORD SizeOfHeapReserve;
DWORD SizeOfHeapCommit;
DWORD LoaderFlags;
DWORD NumberOfRvaAndSizes;
IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory;
} IMAGE_OPTIONAL_HEADE
R, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
* Как всегда, мы изучим только основные поля, которые имеют наибольшее влияние на представление о загрузке и того, как двигаться дальше по файлу. Давайте условимся - в полях данной структуры, содержаться значения с VA (Virtual address) и RVA (Relative virtual address) адресами. Это уже адреса не такие как RAW, и их нужно уметь читать (точнее считать). Мы непременно научимся это делать, но только для начала разберём структуры, которые идут друг за другом, чтобы не запутаться. Пока просто запомните - это адреса, которые после расчётов, указывают на определённое место в файле. Также встретится новое понятие - выравнивание. Его мы рассмотрим в купе с RVA адресами, т.к. эти они довольно тесно связаны.
AddressOfEntryPoint
: DWORD - RVA адрес точки входа. Может указывать в любую точку адресного пространства. Для.exe файлов точка входа соответствует адресу, с которого программа начинает выполняться и не может равняться нулю!
BaseOfCode
: DWORD - RVA начала кода программы (секции кода).
BaseOfData
: DWORD - RVA начала кода программы (секции данных).
ImageBase
: DWORD - предпочтительный базовый адрес загрузки программы. Должен быть кратен 64кб. В большистве случаев равен 0x00400000.
SectionAligment
: DWORD - размер выравнивания (байты) секции при выгрузке в виртуальную память.
FileAligment
: DWORD - размер выравнивания (байты) секции внутри файла.
SizeOfImage
: DWORD - размер файла (в байтах) в памяти, включая все заголовки. Должен быть кратен SectionAligment.
SizeOfHeaders
: DWORD - размер всех заголовков (DOS, DOS-Stub, PE, Section) выравненный на FileAligment.
NumberOfRvaAndSizes
: DWORD - количество каталогов в таблице директорий (ниже сама таблица). На данный момент это поле всегда равно символической константе IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES, которая равна 16-ти.
DataDirectory
: IMAGE_DATA_DIRECTORY - каталог данных. Проще говоря это массив (размером 16), каждый элемент которого содержит структуру из 2-ух DWORD-ых значений.
Рассмотрим что из себя представляет структура IMAGE_DATA_DIRECTORY :
Typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
DWORD VirtualAddress;
DWORD Size;
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
Что мы имеем? Мы имеем массив из 16 элементов, каждый элемент которого, содержит адрес и размер (чего? как? зачем? всё через минуту). Встаёт вопрос чего именно это характеристики. Для этого, у microsoft имеется специальные константы для соответствия. Их можно увидеть в самом конце описания структуры. А пока:
// Directory Entries
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT 0 // Export Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT 1 // Import Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_RESOURCE 2 // Resource Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXCEPTION 3 // Exception Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_SECURITY 4 // Security Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC 5 // Base Relocation Table
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DEBUG 6 // Debug Directory
// IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COPYRIGHT 7 // (X86 usage)
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_ARCHITECTURE 7 // Architecture Specific Data
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_GLOBALPTR 8 // RVA of GP
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS 9 // TLS Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG 10 // Load Configuration Directory
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BOUND_IMPORT 11 // Bound Import Directory in headers
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT 12 // Import Address Table
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DELAY_IMPORT 13 // Delay Load Import Descriptors
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COM_DESCRIPTOR 14 // COM Runtime descriptor
Ага! Мы видим, что каждый элемент массива, отвечает за прикреплённую к нему таблицу. Но увы и ах, пока эти берега недосягаемы для нас, т.к. мы не умеем работаться с VA и RVA адресами. А для того чтобы научиться, нам нужно изучить что такое секции. Именно они расскажут о своей структуре и работе, после чего станет понятно для чего нужны VA, RVA и выравнивания. В рамках данной статьи, мы затронем только экспорт и иморт. Предназначение остальных полей можно найти в оф. документации, либо в книжках. Так вот. Собственно поля:
VirtualAddress
: DWORD - RVA на таблицу, которой соответствует элемент массива.
Size
: DWORD - размер таблицы в байтах.
Итак! Чтобы добраться до таких экзотических берегов как таблицы импорта, экспорта, ресурсов и прочих, нам необходимо пройти квест с секциями. Ну что ж юнга, взглянем на общую карту, определим где мы сейчас находимся и будем двигаться дальше:
А находимся мы не посредственно перед широкими просторами секций. Нам нужно непременно выпытать что они таят и разобраться уже наконец с другим видом адресации. Нам хочется настоящих приключений! Мы хотим поскорее отправится к таким республикам как таблицы импорта и экспорта. Старые пираты говаривают, что не каждый смог до них добраться, а тот кто добрался вернулся -с золотом и женщинами со священными знаниями об океане. Отчаливаем и держим путь на Section header.
“- Ты низложен, Сильвер! Слезай с бочки!”
(Остров сокровищ)
Section-header (IMAGE_SECTION_HEADER)
Сразу за массивом DataDirectory друг за другом идут секции. Таблица секций представляет из себя суверенное государство, которое делится на NumberOfSections городов. Каждый город имеет своё ремесло, свои права, а также размер в 0x28 байт. Количество секций указано в поле NumberOfSections , что хранится в File-header-е. Итак, рассмотрим структуру :
Typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {
BYTE Name;
union {
DWORD PhysicalAddress;
DWORD VirtualSize;
} Misc;
DWORD VirtualAddress;
DWORD SizeOfRawData;
DWORD PointerToRawData;
DWORD PointerToRelocations;
DWORD PointerToLinenumbers;
WORD NumberOfRelocations;
WORD NumberOfLinenumbers;
DWORD Characteristics;
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;
Name
: BYTE - название секции. На данный момент имеет длину в 8 символов.
VirtualSize
: DWORD - размер секции в виртуальной памяти.
SizeOfRawData
: DWORD - размер секции в файле.
VirtualAddress
: DWORD - RVA адрес секции.
SizeOfRawData
: DWORD - размер секции в файле. Должен быть кратен FileAligment
.
PointerToRawData
: DWORD - RAW смещение до начала секции. Также должен быть кратен FileAligment
…
Characteristics
: DWORD - атрибуты доступа к секции и правила для её загрузки в вирт. память. Например атрибут для определения содержимого секции (иниц. данные, не инициал. данные, код). Или атрибуты доступа - чтение, запись, исполнение. Это не весь их спектр. Характеристики задаются константами из того-же WINNT.h, которые начинаются с IMAGE_SCN_. Более подробно ознакомится с атрибутами секций можно . Также хорошо описаны атрибуты в книгах Криса Касперски - список литературы в конце статьи.
По поводу имени следует запомнить следующее - секция с ресурсам, всегда должна иметь имя.rsrc. В противном случае ресурсы не будут подгружены. Что касается остальных секций - то имя может быть любым. Обычно встречаются осмысленные имена, например.data, .src и т.д… Но бывает и такое:
Секции, это такая область, которая выгружается в виртуальную память и вся работа происходит непосредственно с этими данными. Адрес в виртуальной памяти, без всяких смещений называется Virtual address, сокращённо VA. Предпочитаемый адрес для загрузки приложения, задаётся в поле ImageBase . Это как точка, с которой начинается область приложения в виртуальной памяти. И относительно этой точки отсчитываются смещения RVA (Relative virtual address). То есть VA = ImageBase + RVA; ImageBase нам всегда известно и получив в своё распоряжение VA или RVA, мы можем выразить одно через другое.
Тут вроде освоились. Но это же виртуальная память! А мы то находимся в физической. Виртуальная память для нас сейчас это как путешествие в другие галактики, которые мы пока можем лишь только представлять. Так что в виртуальную память нам на данный момент не попасть, но мы можем узнать что там будет, ведь это взято из нашего файла.
Выравнивание
Для того чтобы правильно представлять выгрузку в вирт. память, необходимо разобраться с таким механизмом как выравнивание. Для начала давайте взглянем на схему того, как секции выгружаются в память.
Как можно заметить, секция выгружается в память не по своему размеру. Здесь используются выравнивания. Это значение, которому должны быть кратен размер секции в памяти. Если посмотреть на схему, то мы увидим, что размер секции 0x28, а выгружается в размере 0x50. Это происходит из-за размера выравнивания. 0x28 “не дотягивает” до 0x50 и как следствие, будет выгружена секция, а остальное пространство в размере 0x50-0x28 занулится. А если размер секции был бы больше размера выравнивания, то что? Например sectionSize = 0x78, а sectionAligment = 0x50, т.е. остался без изменений. В таком случае, секция занимала бы в памяти 0xA0 (0xA0 = 0x28 * 0x04) байт. То есть значение которое кратно sectionAligment и полностью кроет sectionSize . Следует отметить, что секции в файле выравниваются аналогичным образом, только на размер FileAligment . Получив необходимую базу, мы можем разобраться с тем, как конвертировать из RVA в RAW.
“Здесь вам не равнина, здесь климат иной.”
(В.С. Высоцкий)
Небольшой урок арифметики
Перед тем как начать выполнение, какая то часть программы должна быть отправлена в адресное пространство процессора. Адресное пространство - это объём физически адресуемой процессором оперативной памяти. “Кусок” в адресном пространстве, куда выгружается программа называется виртуальным образом (virtual image). Образ характеризуется адресом базовой загрузки (Image base) и размером (Image size). Так вот VA (Virtual address) - это адрес относительно начала виртуальной памяти, а RVA (Relative Virtual Address) относительно места, куда была выгружена программа. Как узнать базовый адрес загрузки приложения? Для этого существует отдельное поле в опциональном заголовке под названием ImageBase . Это была небольшая прелюдия чтобы освежить в памяти. Теперь рассмотрим схематичное представление разных адресаций:
Дак как же всё таки прочитать информацию из файла, не выгружая его в виртуальную память? Для этого нужно конвертировать адреса в RAW формат. Тогда мы сможем внутри файла шагнуть на нужный нам участок и прочитать необходимые данные. Так как RVA - это адрес в виртуальной памяти, данные по которому были спроецированы из файла, то мы можем произвести обратный процесс. Для этого нам понадобится ключ девять на шестнадцать простая арифметика. Вот несколько формул:
VA = ImageBase + RVA;
RAW = RVA - sectionRVA + rawSection;
// rawSection - смещение до секции от начала файла
// sectionRVA - RVA секции (это поле хранится внутри секции)
Как видно, чтобы высчитать RAW, нам нужно определить секцию, которой принадлежит RVA. Для этого нужно пройти по всем секциям и проверить следующие условие:
RVA >= sectionVitualAddress && RVA < ALIGN_UP(sectionVirtualSize, sectionAligment)
// sectionAligment - выравнивание для секции. Значение можно узнать в Optional-header.
// sectionVitualAddress - RVA секции - хранится непосредственно в секции
// ALIGN_UP() - функция, определяющая сколько занимает секция в памяти, учитывая выравнивание
Сложив все пазлы, получим вот такой листинг:
Typedef uint32_t DWORD;
typedef uint16_t WORD;
typedef uint8_t BYTE;
#define ALIGN_DOWN(x, align) (x & ~(align-1))
#define ALIGN_UP(x, align) ((x & (align-1))?ALIGN_DOWN(x,align)+align:x)
// IMAGE_SECTION_HEADER sections;
// init array sections
int defSection(DWORD rva)
{
for (int i = 0; i < numberOfSection; ++i)
{
DWORD start = sections[i].VirtualAddress;
DWORD end = start + ALIGN_UP(sections[i].VirtualSize, sectionAligment);
if(rva >= start && rva < end)
return i;
}
return -1;
}
DWORD rvaToOff(DWORD rva)
{
int indexSection = defSection(rva);
if(indexSection != -1)
return rva - sections.VirtualAddress + sections.PointerToRawData;
else
return 0;
}
*Я не стал включать в код объявление типа, и инициализацию массива, а лишь предоставил функции, которые помогут при расчёте адресов. Как видите, код получился не очень сложным. Разве что малость запутанным. Это проходит… если уделить ещё немного времени колупанию в.exe через дизассемблер.
УРА! Разобрались. Теперь мы можем отправится в края ресурсов, библиотек импорта и экспорта и вообще куда душа желает. Мы ведь только что научились работать с новым видом адресации. В путь!
“-Неплохо, неплохо! Всё же они получили свой паёк на сегодня!”
(Остров сокровищ)
Export table
В самом первом элементе массива DataDirectory хранится RVA на таблицу экспорта, которая представлена структурой IMAGE_EXPORT_DIRECTORY. Эта таблица свойственна файлам динамических библиотек (.dll). Основной задачей таблицы является связь экспортируемых функций с их RVA. Описание представлено в оф. спецификикации :
Typedef struct _IMAGE_EXPORT_DIRECTORY {
DWORD Characteristics;
DWORD TimeDateStamp;
WORD MajorVersion;
WORD MinorVersion;
DWORD Name;
DWORD Base;
DWORD NumberOfFunctions;
DWORD NumberOfNames;
DWORD AddressOfFunctions;
DWORD AddressOfNames;
DWORD AddressOfNameOrdinals;
} IMAGE_EXPORT_DIRECTORY,*PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY;
Эта структура содержит три указателя на три разные таблицы. Это таблица имён (функций) (AddressOfNames
), ординалов(AddressOfNamesOrdinals
), адресов(AddressOfFunctions
). В поле Name хранится RVA имени динамической библиотеки. Ординал - это как посредник, между таблицей имён и таблицей адресов, и представляет из себя массив индексов (размер индекса равен 2 байта). Для большей наглядности рассмотрим схему:
Рассмотрим пример. Допустим i-ый элемент массива имён указывает на название функции. Тогда адрес этой функции можно получить обратившись к i-му элементу в массиве адресов. Т.е. i - это ординал.
Внимание! Если вы взяли к примеру 2-ой элемент в таблице ординалов, это не значит 2 - это ординал для таблиц имён и адресов. Индексом является значение, хранящееся во втором элементе массива ординалов.
Количество значений в таблицах имён (NumberOfNames ) и ординалов равны и не всегда совпадают с количеством элементов в таблице адресов (NumberOfFunctions ).
“За мной пришли. Спасибо за внимание. Сейчас, должно быть, будут убивать!”
(Остров сокровищ)
Import table
Таблица импорта неотъемлемая часть любого приложения, которая использует динамические библиотеки. Данная таблица помогает соотнести вызовы функций динамических библиотек с соответствующими адресами. Импорт может происходить в трёх разных режимах: стандартный, связывающем (bound import) и отложенном (delay import). Т.к. тема иморта достаточно многогранна и тянет на отдельную статью, я опишу только стандартный механизм, а остальные опишу только «скелетом».
Стандартный импорт - в DataDirectory под индексом IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT(=1) хранится таблица импорта. Она представляет собой массив из элементов типа IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR. Таблица импорта хранит (массивом) имена функций/ординалов и в какое место загрузчик должен записать эффективный адрес этой функций. Этот механизм не очень эффективен, т.к. откровенно говоря всё сводится к перебору всей таблицы экспорта для каждой необходимой функции.
Bound import - при данной схеме работы в поля (в первом элементе стандартной таблицы импорта) TimeDateStamp и ForwardChain заносится -1 и информация о связывании хранится в ячейке DataDirectory с индексом IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BOUND_IMPORT(=11). То есть это своего рода флаг загрузчику о том что нужно использовать bound import. Так же для «цепочки bound импорта» фигурируют свои структуры. Алгоритм работы заключается в следующем - в виртуальную память приложения выгружается необходимая библиотека и все необходимые адреса «биндятся» ещё на этапе компиляции. Из недостатоков можно отметить то, что при перекомпиляции dll, нужно будет перекомпилировать само приложение, т.к. адреса функций будут изменены.
Delay import - при данном методе подразумевается что.dll файл прикреплён к исполняемому, но в память выгружается не сразу (как в предыдущих двух методах), а только при первом обращении приложения к символу (так называют выгружаемые элементы из динамических библиотек). То есть программа выполняется в памяти и как только процесс дошёл до вызова функции из динамической библиотеки, то вызывается специальный обработчик, который подгружает dll и разносит эффективные адреса её функций. За отложенным импортом загрузчик обращается к DataDirectory (элемент с номером 15).
Малость осветив методы импорта, перейдём непосредственно к таблице импорта.
“-Это моряк! Одежда у него была морская. - Да ну? А ты думал найти здесь епископа?”
(Остров сокровищ - Джон Сильвер)
Import-descriptor (IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR)
Для того чтобы узнать координаты таблицы импорта, нам нужно обратиться к массиву DataDirectory . А именно к элементу IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT (=1). И прочитать RVA адрес таблицы. Вот общая схема пути, который требуется проделать:
Затем из RVA получаем RAW, в соответствии с формулами приведёнными выше, и затем “шагаем” по файлу. Теперь мы впритык перед массивом структур под названием IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR. Признаком конца массива служит “нулевая” структура.
Typedef struct _IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR {
union {
DWORD Characteristics;
DWORD OriginalFirstThunk;
} DUMMYUNIONNAME;
DWORD TimeDateStamp;
DWORD ForwarderChain;
DWORD Name;
DWORD FirstThunk;
} IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR,*PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR;
Я не смог выудить на msdn ссылку на описание структуры, но вы можете наблюдать её в файле WINNT.h. Начнём разбираться.
OriginalFirstThunk
: DWORD - RVA таблицы имён импорта (INT).
TimeDateStamp
: DWORD - дата и время.
ForwarderChain
: DWORD - индекс первого переправленного символа.
Name
: DWORD - RVA строки с именем библиотеки.
FirstThunk
: DWORD - RVA таблицы адресов импорта (IAT).
Тут всё несколько похоже на экспорт. Также таблица имён (INT) и и тоже рубище на нём адресов (IAT). Также RVA имени библиотеки. Только вот INT и IAT ссылаются на массив структур IMAGE_THUNK_DATA. Она представлена в двух формах - для 64- и для 32-ый систем и различаются только размером полей. Рассмотрим на примере x86:
Typedef struct _IMAGE_THUNK_DATA32 {
union {
DWORD ForwarderString;
DWORD Function;
DWORD Ordinal;
DWORD AddressOfData;
} u1;
} IMAGE_THUNK_DATA32,*PIMAGE_THUNK_DATA32;
Важно ответить, что дальнейшие действия зависят от старшего бита структуры. Если он установлен, то оставшиеся биты представляют из себя номер импортируемого символа (импорт по номеру). В противном случае (старший бит сброшен) оставшиеся биты задают RVA импортируемого символа (импорт по имени). Если мы имеем импорт по имени, то указатель хранит адрес на следующую структуру:
Typedef struct _IMAGE_IMPORT_BY_NAME {
WORD Hint;
BYTE Name;
} IMAGE_IMPORT_BY_NAME, *PIMAGE_IMPORT_BY_NAME;
Здесь Hint
- это номер функции, а Name
- имя.
Для чего это всё? Все эти массивы, структуры… Рассмотрим для наглядности замечательную схему с
память загрузчиком операционной системы и затем исполнен. В операционной системе Windows исполняемые файлы, как правило, имеют расширения ".exe" и ".dll". Расширение ".exe" имеют программы, которые могут быть непосредственно запущены пользователем. Расширение ".dll" имеют так называемые динамически связываемые библиотеки ( dynamic link libraries). Эти библиотеки экспортируют функции, используемые другими программами.Для того чтобы загрузчик операционной системы мог правильно загрузить исполняемый файл в память , содержимое этого файла должно соответствовать принятому в данной операционной системе формату исполняемых файлов. В разных операционных системах в разное время существовало и до сих пор существует множество различных форматов. В этой главе мы рассмотрим формат Portable Executable (PE). Формат PE - это основной формат для хранения исполняемых файлов в операционной системе Windows . Сборки. NET тоже хранятся в этом формате.
Кроме того, формат PE может использоваться для представления объектных файлов . Объектные файлы служат для организации раздельной компиляции программы. Смысл раздельной компиляции заключается в том, что части программы (модули) компилируются независимо в объектные файлы , которые затем связываются компоновщиком в один исполняемый файл .
А теперь - немного истории. Формат PE был создан разработчиками Windows NT. До этого в операционной системе Windows использовались форматы New Executable (NE) и Linear Executable (LE) для представления исполняемых файлов, а для хранения объектных файлов использовался Object Module Format (OMF). Формат NE предназначался для 16-разрядных приложений Windows , а формат LE, изначально разработанный для OS/2 , был уже 32-разрядным. Возникает вопрос: почему разработчики Windows NT решили отказаться от существующих форматов? Ответ становится очевидным, если обратить внимание на то, что большая часть команды, работавшей над созданием Windows NT, ранее работала в Digital Equipment Corporation. Они занимались в DEC разработкой инструментария для операционной системы VAX / VMS , и у них уже были навыки и готовый код для работы с исполняемыми файлами, представленными в формате Common Object File Format ( COFF ). Соответственно, формат COFF в слегка модифицированном виде был перенесен в Windows NT и получил название PE.
В ". NET Framework Glossary " сказано, что PE - это реализация Microsoft формата COFF . В то же время в утверждается, что PE - это формат исполняемых файлов, а COFF - это формат объектных файлов . Вообще, мы можем наблюдать путаницу в документации Microsoft относительно названия формата. В некоторых местах они называют его COFF , а в некоторых - PE. Правда, можно заметить, что в новых текстах название COFF используется все меньше и меньше. Более того, формат PE постоянно эволюционирует. Например, несколько лет назад в Microsoft отказались от хранения отладочной информации внутри исполняемого файла, и поэтому теперь многие поля в структурах формата COFF просто не используются. Кроме того, формат COFF - 32-разрядный, а последняя редакция формата PE (она называется PE32+) может использоваться на 64-разрядных аппаратных платформах. Поэтому, видимо, дело идет к тому, что название COFF вообще перестанут использовать.
Интересно отметить, что исполняемые файлы в устаревших форматах NE и LE до сих пор поддерживаются Windows . Исполняемые файлы в формате NE можно запускать под управлением NTVDM (NT Virtual DOS Machine), а формат LE используется для виртуальных драйверов устройств (
Многие пользователи компьютерных систем наверняка в той или иной степени сталкивались с понятием исполняемого файла программы. Исполняемые файлы не всегда, но довольно часто имеют расширение EXE, которое является общепринятым для операционных систем семейства Windows. Чтобы немного прояснить вопрос, связанный с расширениями, мы рассмотрим общую информацию об этих объектах, а также рассмотрим некоторые типы основных расширений.
Чем исполняемые файлы отличаются от других объектов
Прежде чем утверждать, что исполняемый файл программы может иметь расширение только одного определенного типа, необходимо разобраться в том, как отличить такой объект от других. К основным отличиям исполняемых файлов от других информационных данных можно отнести следующие факторы: само расширение, которое указывает на содержание в файле либо машинного, либо байт-кода виртуальной машины, сигнатура, атрибуты в файловой системе. Однако даже если пользователь знает, что исполняемые файлы имеют расширение имени типа EXE, то обычными средствами посмотреть содержимое не получится, поскольку такие объекты обладают компилированным содержимым, которые отображается при просмотре в виде бессмысленного набора символов. В общем случае пользователю придется использовать средства Disassembler, или что-то подобное, что позволяет выполнить декомпиляцию. Но речь пойдет не об этом.
Исполняемые файлы: структура
Что же касается построения исполняемых файлов, то они должны содержать заголовки (предполагаемое выполнение инструкций, параметры и форматы кода) и непосредственно сами инструкции (исходные, машинные или байт-коды). В некоторых случаях в структуру могут быть включены данные для отладки, описания окружения, требования к операционной системе, списки соответствующих библиотек, звук, графика, изображения, иконки ярлыков и тому подобное. Многие из вас наверняка обращали внимание на то, что в большинстве своем у каждого такого файла в операционной системе изначально имеется иконка.
Принцип работы
Несмотря на то, что исполняемые файлы могут иметь расширение различных типов, работают они по одному принципу. Исполняемый файл при запуске загружается в память компьютера. При этом осуществляется настройка окружения и инициализация, подтягиваются дополнительные библиотеки, если их использование предусмотрено программой. Также на данном этапе происходит настройка некоторых дополнительных операций и само исполнение инструкций теми методами, которые прописаны непосредственно в файле.
Исполняемые файлы программ: какое расширение они имеют?
Теперь перейдем к рассмотрению вопроса, связанного с расширениями. Разумеется, совершенно все типы рассмотреть не получится, это займет очень много времени. Мы отметим только наиболее распространенные и популярные варианты. Итак, расширение задается в зависимости от типа содержимого. Так, например, в операционной системе типа Windows наиболее распространенные исполняемые файлы обладают расширением EXE. Это относится ко всем программам, которые рассчитаны на работу в среде данных операционных систем. Такие объекты содержат в себе машинные коды. Файлы BIN являются очень похожими. Пакетные файлы типа CMD, BAT и COM являются еще одним типом исполняемых файлов. Первый тип в данном случае является пакетным файлом Windows. Файлы второго и третьего типа относятся к операционным системам семейства DOS. Многие из вас вероятно уже встречали файлы типа MSI иMSU. Это может быть установщик обновлений системы, или родной инсталлятор операционной системы Windows. Отдельную категорию файлов составляют макросы и скрипты. Это файлы с расширениями JSE, JS, SCR,VBE, VBS, VB. Часто также встречаются файлы JAD иJAR, которые предназначены для установки приложений в мобильные устройства или использование в среде JAVA. В своем содержании такие объекты имеют уже не машинные коды, а коды виртуальных машин.
Какое расширение имеют исполняемые файлы в различных ОС?
Если внимательно посмотреть, то можно заметить, что в некоторых ОС встречаются довольно специфичные компоненты. Так, например, в операционной системе Windows имеется специальная категория исполняемых файлов. Вообще, в любой операционной системе можно найти как стандартные, так и специальные компоненты. Однако имеются и некоторые общие форматы, например, HTA, исполняемый документ HTML. Они работают практически везде вне зависимости от используемого типа операционной системы. Что же касается других типов систем, то, например, в «маках» исполняемые файлы обладают расширением APP для программ и PKG для дистрибутивов. В операционных системах семейства Linux дело обстоит немного иначе. Проблема заключается в том, что в таких операционных системах понятие расширения вообще отсутствует. Можно распознать исполняемый файл по атрибутам, например, системный, скрытый, только для чтения и т.д. В результате проблема изменения расширения для запуска или прочтения искомого файла пропадает. Впрочем, в любой операционной системе даже на мобильных устройствах можно найти огромное число объектов данного типа. Не нужно далеко ходить. В той же операционной системе семейства Android исполняемый файл установщика имеет расширение APK. В яблочных устройствах исполняемые файлы имеют расширение IPA.
Заключение
Подведем итог нашего небольшого обзора о расширении исполняемых файлов. Упор в данном случае делался в основном на объекты, которые присутствуют в операционных системах семейства Windows. Остальные операционные системы были затронуты только вскользь для общего развития. Как уже стало ясно, разнообразие исполняемых файлов очень велико. Невозможно привести какую-то сводную таблицу с указанием совершенно всех типов расширений. Поэтому в данной статье мы ограничились только наиболее распространенными форматами
Понимание файловой системы Linux, структуры каталогов, размещения конфигурационных, исполняемых и временных файлов поможет вам лучше разбираться в своей системе и стать успешным системным администратором. Файловая система Linux будет непривычна именно для новичка, только что перешедшего с Windows, ведь здесь все совсем по-другому. В отличие от Windows, программа не находится в одной папке, а, как правило, распределена по корневой файловой системе. Это распределение поддается определенным правилам. Вы когда-нибудь задавались вопросом, почему некоторые программы находятся в папке /bin, или /sbin, /usr/sbin, /usr/local/bin, в чем разница между этими каталогами?
Например, программа less, находится в каталоге /usr/bin, но почему не в /sbin или /usr/sbin. А такие программы, как ifconfig или fdisk находятся в каталоге /sbin и нигде иначе.
В этой статье будет полностью рассмотрена структура файловой системы Linux, после ее прочтения вы сможете понять смысл использования большинства папок в корневом каталоге Linux.
/ - корень
Это главный каталог в системе Linux. По сути, это и есть файловая система Linux. Здесь нет дисков или чего-то подобного, как в Windows. Вместо этого, адреса всех файлов начинаются с корня, а дополнительные разделы, флешки или оптические диски подключаются в папки корневого каталога.
Обратите внимание, что у пользователя root домашний каталог /root, но не сам /.
/bin - (binaries) бинарные файлы пользователя
Этот каталог содержит исполняемые файлы. Здесь расположены программы, которые можно использовать в однопользовательском режиме или режиме восстановления. Одним словом, те утилиты, которые могут использоваться пока еще не подключен каталог /usr/. Это такие общие команды, как cat, ls, tail, ps и т д.
/sbin - (system binaries) системные исполняемые файлы
Так же как и /bin, содержит двоичные исполняемые файлы, которые доступны на ранних этапах загрузки, когда не примонтирован каталог /usr. Но здесь находятся программы, которые можно выполнять только с правами суперпользователя. Это разные утилиты для обслуживания системы. Например, iptables, reboot, fdisk, ifconfig,swapon и т д.
/etc - (etcetera) конфигурационные файлы
В этой папке содержатся конфигурационные файлы всех программ, установленных в системе.
Кроме конфигурационных файлов, в системе инициализации Init Scripts, здесь находятся скрипты запуска и завершения системных демонов, монтирования файловых систем и автозагрузки программ. Структура каталогов linux в этой папке может быть немного запутанной, но предназначение всех их - настройка и конфигурация.
/dev - (devices) файлы устройств
В Linux все, в том числе внешние устройства являются файлами. Таким образом, все подключенные флешки, клавиатуры, микрофоны, камеры - это просто файлы в каталоге /dev/. Этот каталог содержит не совсем обычную файловую систему. Структура файловой системы Linux и содержащиеся в папке /dev файлы инициализируются при загрузке системы, сервисом udev. Выполняется сканирование всех подключенных устройств и создание для них специальных файлов. Это такие устройства, как: /dev/sda, /dev/sr0, /dev/tty1, /dev/usbmon0 и т д.
/proc - (proccess) информация о процессах
Это тоже необычная файловая система, а подсистема, динамически создаваемая ядром. Здесь содержится вся информация о запущенных процессах в реальном времени. По сути, это псевдофайловая система, содержащая подробную информацию о каждом процессе, его Pid, имя исполняемого файла, параметры запуска, доступ к оперативной памяти и так далее. Также здесь можно найти информацию об использовании системных ресурсов, например, /proc/cpuinfo, /proc/meminfo или /proc/uptime. Кроме файлов в этом каталоге есть большая структура папок linux, из которых можно узнать достаточно много информации о системе.
/var (variable) - Переменные файлы
Название каталога /var говорит само за себя, он должен содержать файлы, которые часто изменяются. Размер этих файлов постоянно увеличивается. Здесь содержатся файлы системных журналов, различные кеши, базы данных и так далее. Дальше рассмотрим назначение каталогов Linux в папке /var/.
/var/log - Файлы логов
/var/lib - базы данных
Еще один тип изменяемых файлов - это файлы баз данных, пакеты, сохраненные пакетным менеджером и т д.
/var/mail - почта
В эту папку почтовый сервер складывает все полученные или отправленные электронные письма, здесь же могут находиться его логи и файлы конфигурации.
/var/spool - принтер
Изначально, эта папка отвечала за очереди печати на принтере и работу набора программ cpus.
/var/lock - файлы блокировок
Здесь находятся файлы блокировок. Эти файлы означают, что определенный ресурс, файл или устройство занят и не может быть использован другим процессом. Apt-get, например, блокирует свою базу данных, чтобы другие программы не могли ее использовать, пока программа с ней работает.
/var/run - PID процессов
Содержит файлы с PID процессов, которые могут быть использованы, для взаимодействия между программами. В отличие от каталога /run данные сохраняются после перезагрузки.
/tmp (temp) - Временные файлы
В этом каталоге содержатся временные файлы, созданные системой, любыми программами или пользователями. Все пользователи имеют право записи в эту директорию.
Файлы удаляются при каждой перезагрузке. Аналогом Windows является папка Windows\Temp, здесь тоже хранятся все временные файлы.
/usr - (user applications) Программы пользователя
Это самый большой каталог с большим количеством функций. Тут наиболее большая структура каталогов Linux. Здесь находятся исполняемые файлы, исходники программ, различные ресурсы приложений, картинки, музыку и документацию.
/usr/bin/ - Исполняемые файлы
Содержит исполняемые файлы различных программ, которые не нужны на первых этапах загрузки системы, например, музыкальные плееры, графические редакторы, браузеры и так далее.
/usr/sbin/
Содержит двоичные файлы программ для системного администрирования, которые нужно выполнять с правами суперпользователя. Например, таких как Gparted, sshd, useradd, userdel и т д.
/usr/lib/ - Библиотеки
Содержит библиотеки для программ из /usr/bin или /usr/sbin.
/usr/local - Файлы пользователя
Содержит файлы программ, библиотек, и настроек созданные пользователем. Например, здесь могут храниться программы собранные и установленные из исходников и скрипты, написанные вручную.
/home - Домашняя папка
В этой папке хранятся домашние каталоги всех пользователей. В них они могут хранить свои личные файлы, настройки программ и т д. Например, /home/sergiy и т д. Если сравнивать с Windows, то это ваша папка пользователя на диске C, но в отличии от WIndows, home как правило размещается на отдельном разделе, поэтому при переустановке системы все ваши данные и настройки программ сохранятся.
/boot - Файлы загрузчика
Содержит все файлы, связанные с загрузчиком системы. Это ядро vmlinuz, образ initrd, а также файлы загрузчика, находящие в каталоге /boot/grub.
/lib (library) - Системные библиотеки
Содержит файлы системных библиотек, которые используются исполняемыми файлами в каталогах /bin и /sbin.
Библиотеки имеют имена файлов с расширением *.so и начинаются с префикса lib*. Например, libncurses.so.5.7. Папка /lib64 в 64 битных системах содержит 64 битные версии библиотек из /lib. Эту папку можно сравнить с WIndows\system32, там тоже сгружены все библиотеки системы, только там они лежат смешанные с исполняемыми файлами, а здесь все отдельно.
/opt (Optional applications) - Дополнительные программы
В эту папку устанавливаются проприетарные программы, игры или драйвера. Это программы созданные в виде отдельных исполняемых файлов самими производителями. Такие программы устанавливаются в под-каталоги /opt/, они очень похожи на программы Windows, все исполняемые файлы, библиотеки и файлы конфигурации находятся в одной папке.
/mnt (mount) - Монтирование
В этот каталог системные администраторы могут монтировать внешние или дополнительные файловые системы.
/media - Съемные носители
В этот каталог система монтирует все подключаемые внешние накопители - USB флешки, оптические диски и другие носители информации.
/srv (server) - Сервер
В этом каталоге содержатся файлы серверов и сервисов. Например, могут содержаться файлы веб-сервера apache.
/run - процессы
Еще один каталог, содержащий PID файлы процессов, похожий на /var/run, но в отличие от него, он размещен в TMPFS, а поэтому после перезагрузки все файлы теряются.
/sys (system) - Информация о системе
Назначение каталогов Linux из этой папки - получение информации о системе непосредственно от ядра. Это еще одна файловая система организуемая ядром и позволяющая просматривать и изменить многие параметры работы системы, например, работу swap, контролировать вентиляторы и многое другое.