首頁 > 文章 > 運維 > 什麼是linux二進位文件

什麼是linux二進位文件

青灯夜游原創: 2023-04-18 14:06:292595瀏覽

在linux中，二進位檔案即指文件，由文件在外部裝置的存放形式為二進位而得名。二進位檔案編碼是變長的，靈活利用率要高，而譯碼要難一些，不同的二進位檔案譯碼方式是不同的。 Linux中的可執行檔（腳本，文字方式的批次檔不算）就是二進位格式的。

什麼是linux二進位文件

本教學操作環境：linux7.3系統、Dell G3電腦。

二進位檔案是什麼

普通檔案（regular file）：就是一般存取的文件，由ls -al顯示出來的屬性中，第一個屬性為[-]，例如[-rwxrwxrwx]。另外，依照文件的內容，大致可以分為：

1、純文字檔（ASCII）：這是Unix系統中最多的一種檔案類型，之所以稱為純文字文件，是因為內容可以直接讀到的數據，例如數字、字母等等。設置文件幾乎都屬於這種文件類型。舉例來說，使用指令「cat ~/.bashrc」就可以看到該檔案的內容（cat是將檔案內容讀出來）。
2、二進位檔案（binary）：系統其實只認識且可以執行二進位（binary file）。 Linux中的可執行檔（腳本，文字方式的批次檔不算）就是這種格式的。舉例來說，指令cat就是一個二進位。

廣義的二進位檔案即指文件，由文件在外部裝置的存放形式為二進位而得名。狹義的二進位檔案即除文字檔案以外的文件。文字檔案是一種由許多行字元構成的電腦檔案。文字檔案存在於電腦系統中，通常在文字檔案最後一行放置檔案結束標誌。文字檔案的編碼基於字元定長，譯碼相對要容易一些；二進位檔案編碼是變長的，靈活利用率要高，而譯碼要難一些，不同的二進位檔案譯碼方式是不同的。
3、資料格式的文件（data）：有些程式在運行過程中，會讀取某些特定格式的文件，那些特定格式的文件可以稱為資料檔（data file）。舉例來說，Linux在使用者登入時，都會將登入資料記錄在 /var/log/wtmp檔案內，該檔案是一個資料文件，它能透過last指令讀出來。但使用cat時，會唸出linux系統亂碼。因為它是屬於一種特殊格式的文件。

Linux 上分析二進位檔案的10 種方法

「這個世界上有10 種人：懂二進位的人和不懂二進位的人。」

我們每天都在與二進位檔案打交道，但我們對二進位檔案知之甚少。我所說的二進制，是指你每天運行的可執行文件，從命令列工具到成熟的應用程式都是。

Linux 提供了一套豐富的工具，讓分析二進位檔案變得輕而易舉。無論你的工作角色是什麼，如果你在 Linux 上工作，了解這些工具的基本知識將幫助你更好地理解你的系統。

在這篇文章中，我們將介紹其中一些最受歡迎的 Linux 工具和命令，其中大部分都是 Linux 發行版的一部分。如果沒有找到，你可以隨時使用你的軟體包管理器來安裝和探索它們。請記住：學習在正確的場合使用正確的工具需要大量的耐心和練習。

file

它的作用：幫助確定檔案類型。

這將是你進行二進位分析的起點。我們每天都在與文件打交道，並非所有的文件都是可執行類型，除此之外還有各種各樣的文件類型。在你開始之前，你需要了解要分析的文件類型。是二進位檔案、庫檔案、ASCII 文字檔案、影片檔案、圖片檔案、PDF、資料檔案等檔案嗎？

file 指令將幫助你確定你所處理的檔案類型。

$ file /bin/ls
/bin/ls: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=94943a89d17e9d373b2794dcb1f7e38c95b66c86, stripped
$
$ file /etc/passwd
/etc/passwd: ASCII text
$

ldd

它的作用：打印共享对象依赖关系。

如果你已经在一个可执行的二进制文件上使用了上面的 file 命令，你肯定会看到输出中的“ 动态链接(dynamically linked)”信息。它是什么意思呢？

在开发软件的时候，我们尽量不要重造轮子。有一组常见的任务是大多数软件程序需要的，比如打印输出或从标准输入/打开的文件中读取等。所有这些常见的任务都被抽象成一组通用的函数，然后每个人都可以使用，而不是写出自己的变体。这些常用的函数被放在一个叫 libc 或 glibc 的库中。

如何找到可执行程序所依赖的库？这就是 ldd 命令的作用了。对动态链接的二进制文件运行该命令会显示出所有依赖库和它们的路径。

$ ldd /bin/ls
        linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffef5ba1000)
        libselinux.so.1 => /lib64/libselinux.so.1 (0x00007fea9f854000)
        libcap.so.2 => /lib64/libcap.so.2 (0x00007fea9f64f000)
        libacl.so.1 => /lib64/libacl.so.1 (0x00007fea9f446000)
        libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fea9f079000)
        libpcre.so.1 => /lib64/libpcre.so.1 (0x00007fea9ee17000)
        libdl.so.2 => /lib64/libdl.so.2 (0x00007fea9ec13000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fea9fa7b000)
        libattr.so.1 => /lib64/libattr.so.1 (0x00007fea9ea0e000)
        libpthread.so.0 => /lib64/libpthread.so.0 (0x00007fea9e7f2000)
$

ltrace

它的作用：库调用跟踪器。

我们现在知道如何使用 ldd 命令找到一个可执行程序所依赖的库。然而，一个库可以包含数百个函数。在这几百个函数中，哪些是我们的二进制程序正在使用的实际函数？

ltrace 命令可以显示运行时从库中调用的所有函数。在下面的例子中，你可以看到被调用的函数名称，以及传递给该函数的参数。你也可以在输出的最右边看到这些函数返回的内容。

$ ltrace ls
__libc_start_main(0x4028c0, 1, 0x7ffd94023b88, 0x412950 <unfinished ...>
strrchr("ls", '/')                                                                  = nil
setlocale(LC_ALL, "")                                                               = "en_US.UTF-8"
bindtextdomain("coreutils", "/usr/share/locale")                                    = "/usr/share/locale"
textdomain("coreutils")                                                             = "coreutils"
__cxa_atexit(0x40a930, 0, 0, 0x736c6974756572)                                      = 0
isatty(1)                                                                           = 1
getenv("QUOTING_STYLE")                                                             = nil
getenv("COLUMNS")                                                                   = nil
ioctl(1, 21523, 0x7ffd94023a50)                                                     = 0
<< snip >>
fflush(0x7ff7baae61c0)                                                              = 0
fclose(0x7ff7baae61c0)                                                              = 0
+++ exited (status 0) +++
$

hexdump

它的作用：以 ASCII、十进制、十六进制或八进制显示文件内容。

通常情况下，当你用一个应用程序打开一个文件，而它不知道如何处理该文件时，就会出现这种情况。尝试用 vim 打开一个可执行文件或视频文件，你屏幕上会看到的只是抛出的乱码。

在 hexdump 中打开未知文件，可以帮助你看到文件的具体内容。你也可以选择使用一些命令行选项来查看用 ASCII 表示的文件数据。这可能会帮助你了解到它是什么类型的文件。

$ hexdump -C /bin/ls | head
00000000  7f 45 4c 46 02 01 01 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |.ELF............|
00000010  02 00 3e 00 01 00 00 00  d4 42 40 00 00 00 00 00  |..>......B@.....|
00000020  40 00 00 00 00 00 00 00  f0 c3 01 00 00 00 00 00  |@...............|
00000030  00 00 00 00 40 00 38 00  09 00 40 00 1f 00 1e 00  |....@.8...@.....|
00000040  06 00 00 00 05 00 00 00  40 00 00 00 00 00 00 00  |........@.......|
00000050  40 00 40 00 00 00 00 00  40 00 40 00 00 00 00 00  |@.@.....@.@.....|
00000060  f8 01 00 00 00 00 00 00  f8 01 00 00 00 00 00 00  |................|
00000070  08 00 00 00 00 00 00 00  03 00 00 00 04 00 00 00  |................|
00000080  38 02 00 00 00 00 00 00  38 02 40 00 00 00 00 00  |8.......8.@.....|
00000090  38 02 40 00 00 00 00 00  1c 00 00 00 00 00 00 00  |8.@.............|
$

strings

它的作用：打印文件中的可打印字符的字符串。

如果你只是在二进制中寻找可打印的字符，那么 hexdump 对于你的使用场景来说似乎有点矫枉过正，你可以使用 strings 命令。

在开发软件的时候，各种文本/ASCII 信息会被添加到其中，比如打印信息、调试信息、帮助信息、错误等。只要这些信息都存在于二进制文件中，就可以用 strings 命令将其转储到屏幕上。

$ strings /bin/ls

readelf

它的作用：显示有关 ELF 文件的信息。

ELF（ 可执行和可链接文件格式(Executable and Linkable File Format)）是可执行文件或二进制文件的主流格式，不仅是 Linux 系统，也是各种 UNIX 系统的主流文件格式。如果你已经使用了像 file 命令这样的工具，它告诉你文件是 ELF 格式，那么下一步就是使用 readelf 命令和它的各种选项来进一步分析文件。

在使用 readelf 命令时，有一份实际的 ELF 规范的参考是非常有用的。你可以在这里找到该规范。

$ readelf -h /bin/ls
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:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x4042d4
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          115696 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         9
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         31
  Section header string table index: 30
$

objdump

它的作用：从对象文件中显示信息。

二进制文件是通过你编写的源码创建的，这些源码会通过一个叫做编译器的工具进行编译。这个编译器会生成相对于源代码的机器语言指令，然后由 CPU 执行特定的任务。这些机器语言代码可以通过被称为汇编语言的助记词来解读。汇编语言是一组指令，它可以帮助你理解由程序所进行并最终在 CPU 上执行的操作。

objdump 实用程序读取二进制或可执行文件，并将汇编语言指令转储到屏幕上。汇编语言知识对于理解 objdump 命令的输出至关重要。

请记住：汇编语言是特定于体系结构的。

$ objdump -d /bin/ls | head

/bin/ls:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .init:

0000000000402150 <_init@@Base>:
  402150:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
  402154:       48 8b 05 6d 8e 21 00    mov    0x218e6d(%rip),%rax        # 61afc8 <__gmon_start__>
  40215b:       48 85 c0                test   %rax,%rax
$

strace

它的作用：跟踪系统调用和信号。

如果你用过前面提到的 ltrace，那就把 strace 想成是类似的。唯一的区别是，strace 工具不是追踪调用的库，而是追踪系统调用。系统调用是你与内核对接来完成工作的。

举个例子，如果你想把一些东西打印到屏幕上，你会使用标准库 libc 中的 printf 或 puts 函数；但是，在底层，最终会有一个名为 write 的系统调用来实际把东西打印到屏幕上。

$ strace -f /bin/ls
execve("/bin/ls", ["/bin/ls"], [/* 17 vars */]) = 0
brk(NULL)                               = 0x686000
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f967956a000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=40661, ...}) = 0
mmap(NULL, 40661, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f9679560000
close(3)                                = 0
<< snip >>
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f9679569000
write(1, "R2  RH\n", 7R2  RH
)                 = 7
close(1)                                = 0
munmap(0x7f9679569000, 4096)            = 0
close(2)                                = 0
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++
$

它的作用：列出对象文件中的符号。

如果你所使用的二进制文件没有被剥离，nm 命令将为你提供在编译过程中嵌入到二进制文件中的有价值的信息。nm 可以帮助你从二进制文件中识别变量和函数。你可以想象一下，如果你无法访问二进制文件的源代码时，这将是多么有用。

为了展示 nm，我们快速编写了一个小程序，用 -g 选项编译，我们会看到这个二进制文件没有被剥离。

$ cat hello.c
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello world!");
    return 0;
}
$
$ gcc -g hello.c -o hello
$
$ file hello
hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=3de46c8efb98bce4ad525d3328121568ba3d8a5d, not stripped
$
$ ./hello
Hello world!$
$


$ nm hello | tail
0000000000600e20 d __JCR_END__
0000000000600e20 d __JCR_LIST__
00000000004005b0 T __libc_csu_fini
0000000000400540 T __libc_csu_init
                 U __libc_start_main@@GLIBC_2.2.5
000000000040051d T main
                 U printf@@GLIBC_2.2.5
0000000000400490 t register_tm_clones
0000000000400430 T _start
0000000000601030 D __TMC_END__
$

gdb

它的作用：GNU 调试器。

好吧，不是所有的二进制文件中的东西都可以进行静态分析。我们确实执行了一些运行二进制文件（进行分析）的命令，比如 ltrace 和 strace；然而，软件由各种条件组成，这些条件可能会导致执行不同的替代路径。

分析这些路径的唯一方法是在运行时环境，在任何给定的位置停止或暂停程序，并能够分析信息，然后再往下执行。

这就是调试器的作用，在 Linux 上，gdb 就是调试器的事实标准。它可以帮助你加载程序，在特定的地方设置断点，分析内存和 CPU 的寄存器，以及更多的功能。它是对上面提到的其他工具的补充，可以让你做更多的运行时分析。

有一点需要注意的是，一旦你使用 gdb 加载一个程序，你会看到它自己的 (gdb) 提示符。所有进一步的命令都将在这个 gdb 命令提示符中运行，直到你退出。

我们将使用我们之前编译的 hello 程序，使用 gdb 来看看它的工作原理。

$ gdb -q ./hello
Reading symbols from /home/flash/hello...done.
(gdb) break main
Breakpoint 1 at 0x400521: file hello.c, line 4.
(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000000400521 in main at hello.c:4
(gdb) run
Starting program: /home/flash/./hello

Breakpoint 1, main () at hello.c:4
4           printf("Hello world!");
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.17-260.el7_6.6.x86_64
(gdb) bt
#0  main () at hello.c:4
(gdb) c
Continuing.
Hello world![Inferior 1 (process 29620) exited normally]
(gdb) q
$

什麼是linux二進位文件

二進位檔案是什麼

Linux 上分析二進位檔案的10 種方法

相關文章