吴章金：通过操作 Section 为 Linux ELF 程序新增数据
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背景介绍
Section 是 Linux ELF 程序格式的一种核心数据表达方式，用来存放一个一个的代码块、数据块（包括控制信息块），这样一种模块化的设计为程序开发提供了很大的灵活性。
需要增加一个功能，增加一份代码或者增加一份数据都可以通过新增一个 Section 来实现。Section 的操作在 Linux 内核中有着非常广泛的应用，比如内核压缩，比如把 .config 打包后加到内核映像中。
下面介绍三种新增 Section 的方式：汇编、C 和 ELF 工具。
通过内联汇编新增一个 Section
如何创建一个可执行的共享库 中有一个很好的例子：
asm(".pushsection .interp,\"a\"\n"
" .string \"/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2\"\n"
".popsection");
通过上述代码新增了一个 .interp Section，用于指定动态链接器。简单介绍一下这段内联汇编：
asm括号内就是汇编代码，这些代码几乎会被“原封不动”地放到汇编语言中间文件中（hello.s）。这里采用
.pushsection,.popsection，而不是.section是为了避免之后的代码或者数据被错误地加到这里新增的 Section 中来。.pushsection .interp, "a"，这里的 "a" 表示 Alloc，会占用内存，这种才会被加到程序头表中，因为程序头表会用于创建进程映像。.string这行用来指定动态链接器的完整路径。
稍微延伸两点：
.string可以替换为.incbin file，然后把字符串内容放到名为 file 的文件中。文件末尾记得改为\0字节，可以用二进制编辑工具修改。.string还可以替换为.ascii，不过呢，末尾得主动加个\0字节，用法如下：
".ascii \"/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2\\x00\"\n"
.incbin 方式在 Linux 内核中用处相当广泛，例如：
arch/arm/boot/bootp/kernel.S: .incbin "arch/arm/boot/zImage"kernel/configs.c: .incbin \"kernel/config_data.gz\"
本节完整演示代码如下：
asm(".pushsection .interp,\"a\"\n"
" .ascii \"/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2\\x00\"\n"
".popsection");
/* .ascii above equals to .string \"/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2\"\n */
asm(".pushsection .interp,\"a\"\n"
" .incbin \"interp.section.txt\"\n"
".popsection");
int main(void)
{
printf("hello\n");
return 0;
}
void _start(void)
{
int ret;
ret = main();
_exit(ret);
}
编译和执行：
$ gcc -m32 -shared -fpic -o libhello.so hello.c
$ ./libhello.so
hello
通过 gcc `attribute` 新增一个 Section
上面的需求可以等价地用 gcc __attribute__ 编译属性来指定：
const char interp[] __attribute__((section(".interp"))) = "/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2";
本节完整演示代码如下：
const char interp[] __attribute__((section(".interp"))) = "/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2";
int main(void)
{
printf("hello\n");
return 0;
}
void _start(void)
{
int ret;
ret = main();
_exit(ret);
}
编译和执行方法同上，不做重复介绍。
通过 objcopy 把某文件内容新增为一个 Section
上面介绍了 C 和汇编层面的方法，再来介绍一个工具层面的方法。
objcopy 这个工具很强大，其中就包括新增 Section。
接下来先准备一个文件 interp.section.text，记得末尾加的 \0 字节：
echo -e -n "/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2\x00" > interp.section.txt
接着准备一个 hello.c，里头不指定任何 .interp：
int main(void)
{
printf("hello\n");
return 0;
}
void _start(void)
{
int ret;
ret = main();
_exit(ret);
}
不过需要注意的是，objcopy 不能直接在最终的可执行文件和共享库中加入一个 Section：
$ objcopy --add-section .interp=interp.section.txt --set-section-flags .interp=alloc,readonly libhello.so
objcopy:stTyWnxc: can't add section '.interp': File in wrong format
怎么办呢，需要先加入到 .o 中，再链接，类似这样：
gcc -m32 -shared -fpic -c -o hello.o hello.c
objcopy --add-section .interp=interp.section.txt --set-section-flags .interp=alloc,readonly hello.o
gcc -m32 -shared -fpic -o libhello.so hello.o
注意，必须加上 --set-section-flags 配置为 alloc，否则，程序头会不纳入该 Section，结果将是缺少 INTERP 程序头而无法执行。
需要补充的是，本文介绍的 .interp 是一个比较特殊的 Section，链接时能自动处理，如果是新增了一个全新的 Section 类型，那么得修改链接脚本，明确告知链接器需要把 Section 放到程序头的哪个 Segment。
通过 objcopy 更新某个 Section
以上三种新增 Section 的方式适合不同的需求：汇编语言、C 语言、链接阶段，基本能满足日常的开发需要。
再补充一种方式，举个例子，上面用到的动态链接器来自 libc6:i386 这个包：
$ dpkg -S /lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2
libc6:i386: /lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2
如果系统安装的是 libc6-i386 呢？
$ dpkg -S /lib32/ld-linux.so.2
libc6-i386: /lib32/ld-linux.so.2
两个包提供的动态链接器路径完全不一样，那就得替换掉动态编译器，要重新编译 C 或者汇编吗？
其实不需要重新编译，因为可以直接这样换掉：
$ objcopy --dump-section .interp=interp.txt libhello.so
$ sed -i -e "s%/lib/i386-linux-gnu/ld-linux.so.2%/lib32/ld-linux.so.2%g" interp.txt
$ objcopy --update-section .interp=interp.txt libhello.so
$ ./libhello.so
hello
上面几组指令先把 .interp Section 取出来存到 interp.txt 文件中，再替换掉其中的动态链接器路径，最后再把新文件的内容更新进共享库。
小结
以上主要介绍了 Linux ELF 核心数据表达方式 Section 的多种 add 和 update 用法，掌握这些用户可以利于理解 Linux 内核源码中类似的代码，也可以用于实际开发和调试过程去解决类似的需求。
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