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开发学习之.Net中PE文件的结构

发布时间:2019-03-14

 开发学习之.NetPE文件的结构。在我们使用了任何支持CLR的语言来创建了源代码文件之后,无论使用什么编译器,编译出的文件都是一个托管模块(managed module),这个托管模块可以在CLR上运行。所以,我们把这种文件称为托管可执行文件(Managed Executable File)。关于通用PE文件的格式已经在笔记三中间记录了,这里只记录一些托管文件自身比较有特色的部分。

  托管执行文件的重要组成部分

  1.CLR Header

 

  我们知道,在PE头中,包含一个数据目录表(Data Directory Table),这个表的第15项就是一个包含了CLR头的RVA和大小,可以通过它找到CLR Header。简单记录一下CLR Header中的几个主要的字段:

  (1)Flags

 

 

  这是一个二进制的标记,其可选值包括:

  A.COMIMAGE_FLAGS_ILONLY (0x00000001) 文件中只包含纯的IL代码,未嵌入任何Native Code(除了Dos Stub,这个stub会被所有能够识别CLR的忽略掉)。

  B.COMIMAGE_FLAGS_32BITREQUIRED (0x00000002) 文件只能被加载到32位的进程空间中。

  C.COMIMAGE_FLAGS_STRONGNAMESIGNED (0x00000008) 文件受到强名称签名的保护

 

 

  (2)EntryPointToken

  这是一个指明了此PE文件入口点的元数据标志符(MeteData Identifier),它指向一个方法定义或者文件引用,而指向文件引用的唯一可能是:一个多模块程序集的入口点不在其主模块中,那么主模块里的入口点标记指向包含入口点的模块文件。入口点只能出现在可执行文件里,如果你的代码里不包含入口点,IL汇编器会拒绝为你编译EXE文件。但对于非可执行文件,却分为两种情况:如果程序是一个纯的托管程序,则不需要入口点;如果程序中即包含IL代码又包含机器码(由MC++编译器和链接器生成),则必须把DLLMain()作为入口点函数,它要对程序集里的非托管代码进行一些必要的初始化操作。

  (3)VTableFixups

 

 

  要理解这个字段,首先要理解v-table的概念。这是我摘了一个老外的描述,应该很精确,“Certain languages, which choose not to follow the common type system runtime model, may have virtual functions which need to be represented in a v-table. These v-tables are laid out by the compiler, not by the runtime. Finding the correct v-table slot and calling indirectly through the value held in that slot is also done by the compiler”。v-table是为虚方法调用服务的,而VTableFixups包含了一组v-table的地址和大小。

  根据笔者当前的认识,v-table只有在此托管文件需要和非托管环境交互的时候才有用(比如这个托管代码要被一个非托管环境调用),在纯的托管环境下可能是没用的。当然,大家都知道C#作为典型的OO语言,也有虚函数的概念,但它的虚函数实现机制和C++中的v-table的实现方式有什么不同,我暂时还不清楚。

 

  2.文本段(.Text section)

  整个CLR Header是放置在一个文本段中的。这是一个只读的段,包含了元数据表、IL代码、引入表等,整个结构如下图所示:

 

 

\ 

 

 

  这个段里的各个部分并非同时生成的,上图用带序号的方框来提示这一点,序号低的先生成。

 

 

  3.资源

  在托管文件中可以嵌入两种不同类型的资源:非托管的平台相关的资源,或者托管资源。这两种资源存储在PE文件的不同section里(其中托管资源已经在上面的文本段内出现过了,不是吗),其中非托管资源被放在一个单独的.rsrc段里,而托管资源放在文本段里。

  需要注意的是,IL汇编器在每个托管可执行文件中只能嵌入一个资源文件(.RES)。IL反汇编器会定位到这个section,然后把section中的所有内容作为一个.RES文件释放出来。

  三.元数据的结构

 

 

  使用过.net的Reflection功能的人对元数据可能多少都有点概念,它是对整个托管模块的逻辑结构的完整描述,包含了所有在模块中声明和引用的元素。从结构上来说,所有元数据类似于一个关系,里面的数据体现为一组交叉引用的表(而不是树或者什么其他数据结构),并且任何数据都只有一份(其他用到这个数据的位置都将包含一个指向此数据的引用)。从用途上来说,这些表分为三类:定义表(definition table)、引用表(reference table)和清单表(manifest table)。

  整个元数据是一个二进制的数据块,你只能通过工具来查看已生成程序集的元数据信息,如ildasm.exe(你可以在“视图”菜单里找到关于元数据信息显示的命令)。

  (1)元数据结构概览

 

  下面贴出来的显示信息,是我用ildasm.exe统计了自己写的一个很小的Demo程序中的元数据信息,先放在这里,可以和后面提到的内容相互参考:


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