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

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

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

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

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;

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

Лекция 3. Файловая структура

Литература

o Современные операционные системы, Э. Таненбаум, 2002, СПб, Питер, 1040 стр., (в djvu 10.1Мбайт) подробнее>>

o Сетевые операционные системы Н. А. Олифер, В. Г. Олифер (в zip архиве 1.1Мбайт)

o Сетевые операционные системы Н. А. Олифер, В. Г. Олифер, 2001, СПб, Питер, 544 стр., (в djvu 6.3Мбайт)подробнее>>

Файлы

Требования к хранению информации:

o возможность хранения больших объемов данных

o информация должна сохраняться после прекращения работы процесса

o несколько процессов должны иметь одновременный доступ к информации

2.1.1Именование файлов

Длина имени файла зависит от ОС, может быть от 8 (MS-DOS) до 255 (Windows, LINUX) символов.

ОС могут различать прописные и строчные символы. Например, WINDOWS и windows для MS-DOS одно и тоже, но для UNIX это разные файлы.

Во многих ОС имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой, например windows.exe. Часть после точки называют расширением файла . По нему система различает тип файла.

У MS-DOS расширение составляет 3 символа. По нему система различает тип файла, а также можно его исполнять или нет.

У UNIX расширение ограничено размером имени файла в 255 символов, также у UNIX может быть несколько расширений, но расширениями пользуются больше прикладные программы, а не ОС. По расширению UNIX не может определить исполняемый это файл или нет.

2.1.2Структура файла

Три основные структуры файлов:

1. Последовательность байтов - ОС не интересуется содержимым файла, она видит только байты. Основное преимущество такой системы, это гибкость использования. Используются в Windows и UNIX.

2. Последовательность записей - записей фиксированной длины (например, перфокарта), считываются последовательно. Сейчас не используются.

3. Дерево записей - каждая запись имеет ключ, записи считываются по ключу. Основное преимущество такой системы, это скорость поиска. Пока еще используется на мэйнфреймах.

Три типа структур файла.

2.1.3Типы файлов

Основные типы файлов:

o Регулярные - содержат информацию пользователя. Используются в Windows и UNIX.

o Каталоги - системные файлы, обеспечивающие поддержку структуры файловой системы. Используются в Windows и UNIX.

o Символьные - для моделирования ввода-вывода. Используются только в UNIX.

o Блочные - для моделирования дисков. Используются только в UNIX.

Основные типы регулярных файлов:

o ASCII файлы - состоят из текстовых строк. Каждая строка завершается возвратом каретки (Windows), символом перевода строки (UNIX) и используются оба варианта (MS-DOS). Поэтому если открыть текстовый файл, написанный в UNIX, в Windows, то все строки сольются в одну большую строку, но под MS-DOS они не сольются (это достаточно частая ситуация ). Основные преимущества ASCII файлов:
- могут отображаться на экране, и выводится на принтер без преобразований
- могут редактироваться почти любым редактором

o Двоичные файлы - остальные файлы (не ASCII). Как правило, имеют внутреннею структуру.

Основные типы двоичных файлов:

o Исполняемые - программы, их может обрабатывать сама операционная система, хотя они записаны в виде последовательности байт.

o Неисполняемые - все остальные.

Примеры исполняемого и не исполняемого файла

«Магическое число» - идентифицирующее файл как исполняющий.

2.1.4Доступ к файлам

Основные виды доступа к файлам:

o Последовательный - байты читаются по порядку. Использовались, когда были магнитные ленты.

2.1.5Атрибуты файла

Основные атрибуты файла:

o Защита - кто, и каким образом может получить доступ к файлу (пользователи, группы, чтение/запись). Используются в Windows и UNIX.

o Пароль - пароль к файлу

o Создатель - кто создал файл

o Владелец - текущий владелец файла

o Флаг "только чтение" - 0 - для чтения/записи, 1 - только для чтения. Используются в Windows.

o Флаг "скрытый" - 0 - виден, 1 - невиден в перечне файлов каталога (по умолчанию). Используются в Windows.

o Флаг "системный" - 0 - нормальный, 1 - системный. Используются в Windows.

o Флаг "архивный" - готов или нет для архивации (не путать сжатием). Используются в Windows.

o Флаг "сжатый" - файл сжимается (подобие zip архивов). Используются в Windows.

o Флаг "шифрованный" - используется алгоритм шифрования. Если кто-то попытается прочесть файл, не имеющий на это прав, он не сможет его прочесть. Используются в Windows.

o Флаг ASCII/двоичный - 0 - ASCII, 1 - двоичный

o Флаг произвольного доступа - 0 - только последовательный, 1 - произвольный доступ

o Флаг "временный" - 0 - нормальный, 1 - для удаления файла по окончании работы процесса

o Флаг блокировки - блокировка доступа к файлу. Если он занят для редактирования.

o Время создания - дата и время создания. Используются UNIX.

o Время последнего доступа - дата и время последнего доступа

o Время последнего изменения - дата и время последнего изменения. Используются в Windows и UNIX.

o Текущий размер - размер файла. Используются в Windows и UNIX.

2.1.6Операции с файлами

Основные системные вызовы для работы с файлами:

o Create - создание файла без данных.

o Delete - удаление файла.

o Open - открытие файла.

o Close - закрытие файла.

o Read - чтение из файла, с текущей позиции файла.

o Write - запись в файл, в текущею позицию файла.

o Append - добавление в конец файла.

o Seek - устанавливает файловый указатель в определенную позицию в файле.

o Get attributes - получение атрибутов файла.

o Set attributes - установить атрибутов файла.

o Rename - переименование файла.