作者：MSDN
譯者：李馬 (http://home.nuc.edu.cn/~titilima)
摘要
Windows NT 3.1引入了一種名為PE文件格式的新可執(zhí)行文件格式。PE文件格式的規(guī)范包含在了MSDN的CD中（Specs and Strategy, Specifications, Windows NT File Format Specifications），但是它非常之晦澀。
然而這一的文檔并未提供足夠的信息，所以開發(fā)者們無法很好地弄懂PE格式。本文旨在解決這一問題，它會(huì)對(duì)整個(gè)的PE文件格式作一個(gè)十分徹底的解釋，另外，本文中還帶有對(duì)所有必需結(jié)構(gòu)的描述以及示范如何使用這些信息的源碼示例。
為了獲得PE文件中所包含的重要信息，我編寫了一個(gè)名為PEFILE.DLL的動(dòng)態(tài)鏈接庫，本文中所有出現(xiàn)的源碼示例亦均摘自于此。這個(gè)DLL和它的源代碼都作為PEFile示例程序的一部分包含在了CD中（譯注：示例程序請(qǐng)?jiān)贛SDN中尋找，本站恕不提供），你可以在你自己的應(yīng)用程序中使用這個(gè)DLL；同樣，你亦可以依你所愿地使用并構(gòu)建它的源碼。在本文末尾，你會(huì)找到PEFILE.DLL的函數(shù)導(dǎo)出列表和一個(gè)如何使用它們的說明。我覺得你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些函數(shù)會(huì)讓你從容應(yīng)付PE文件格式的。
介紹
Windows操作系統(tǒng)家族最近增加的Windows NT為開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用程序本身帶來了很大的改變，這之中一個(gè)最為重大的當(dāng)屬PE文件格式了。新的PE文件格式主要來自于UNIX操作系統(tǒng)所通用的COFF規(guī)范，同時(shí)為了保證與舊版本MS-DOS及Windows操作系統(tǒng)的兼容，PE文件格式也保留了MS-DOS中那熟悉的MZ頭部。
在本文之中，PE文件格式是以自頂而下的順序解釋的。在你從頭開始研究文件內(nèi)容的過程之中，本文會(huì)詳細(xì)討論P(yáng)E文件的每一個(gè)組成部分。
許多單獨(dú)的文件成分定義都來自于Microsoft Win32 SDK開發(fā)包中的WINNT.H文件，在這個(gè)文件中你會(huì)發(fā)現(xiàn)用來描述文件頭部和數(shù)據(jù)目錄等各種成分的結(jié)構(gòu)類型定義。但是，在WINNT.H中缺少對(duì)PE文件結(jié)構(gòu)足夠的定義，在這種情況下，我定義了自己的結(jié)構(gòu)來存取文件數(shù)據(jù)。你會(huì)在PEFILE.DLL工程的PEFILE.H中找到這些結(jié)構(gòu)的定義，整套的PEFILE.H開發(fā)文件包含在PEFile示例程序之中。
本文配套的示例程序除了PEFILE.DLL示例代碼之外，還有一個(gè)單獨(dú)的Win32示例應(yīng)用程序，名為EXEVIEW.EXE。創(chuàng)建這一示例目的有二：首先，我需要測(cè)試PEFILE.DLL的函數(shù)，并且某些情況要求我同時(shí)查看多個(gè)文件；其次，很多解決PE文件格式的工作和直接觀看數(shù)據(jù)有關(guān)。例如，要弄懂導(dǎo)入地址名稱表是如何構(gòu)成的，我就得同時(shí)查看.idata段頭部、導(dǎo)入映像數(shù)據(jù)目錄、可選頭部以及當(dāng)前的.idata段實(shí)體，而EXEVIEW.EXE就是查看這些信息的最佳示例。
閑話少敘，讓我們開始吧。
PE文件結(jié)構(gòu)
PE文件格式被組織為一個(gè)線性的數(shù)據(jù)流，它由一個(gè)MS-DOS頭部開始，接著是一個(gè)是模式的程序殘余以及一個(gè)PE文件標(biāo)志，這之后緊接著PE文件頭和可選頭部。這些之后是所有的段頭部，段頭部之后跟隨著所有的段實(shí)體。文件的結(jié)束處是一些其它的區(qū)域，其中是一些混雜的信息，包括重分配信息、符號(hào)表信息、行號(hào)信息以及字串表數(shù)據(jù)。我將所有這些成分列于圖1。
圖1.PE文件映像結(jié)構(gòu)
從MS-DOS文件頭結(jié)構(gòu)開始，我將按照PE文件格式各成分的出現(xiàn)順序依次對(duì)其進(jìn)行討論，并且討論的大部分是以示例代碼為基礎(chǔ)來示范如何獲得文件的信息的。所有的源碼均摘自PEFILE.DLL模塊的PEFILE.C文件。這些示例都利用了Windows NT最酷的特色之一——內(nèi)存映射文件，這一特色允許用戶使用一個(gè)簡單的指針來存取文件中所包含的數(shù)據(jù)，因此所有的示例都使用了內(nèi)存映射文件來存取PE文件中的數(shù)據(jù)。
注意：請(qǐng)查閱本文末尾關(guān)于如何使用PEFILE.DLL的那一段。
MS-DOS頭部/實(shí)模式頭部
如上所述，PE文件格式的第一個(gè)組成部分是MS-DOS頭部。在PE文件格式中，它并非一個(gè)新概念，因?yàn)樗cMS-DOS 2.0以來就已有的MS-DOS頭部是完全一樣的。保留這個(gè)相同結(jié)構(gòu)的最主要原因是，當(dāng)你嘗試在Windows 3.1以下或MS-DOS 2.0以上的系統(tǒng)下裝載一個(gè)文件的時(shí)候，操作系統(tǒng)能夠讀取這個(gè)文件并明白它是和當(dāng)前系統(tǒng)不相兼容的。換句話說，當(dāng)你在MS-DOS 6.0下運(yùn)行一個(gè)Windows NT可執(zhí)行文件時(shí)，你會(huì)得到這樣一條消息：“This program cannot be run in DOS mode.”如果MS-DOS頭部不是作為PE文件格式的第一部分的話，操作系統(tǒng)裝載文件的時(shí)候就會(huì)失敗，并提供一些完全沒用的信息，例如：“The name specified is not recognized as an internal or external command, operable program or batch file.”
MS-DOS頭部占據(jù)了PE文件的頭64個(gè)字節(jié)，描述它內(nèi)容的結(jié)構(gòu)如下：
//WINNT.H
typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER { // DOS的.EXE頭部
USHORT e_magic; // 魔術(shù)數(shù)字
USHORT e_cblp; // 文件最后頁的字節(jié)數(shù)
USHORT e_cp; // 文件頁數(shù)
USHORT e_crlc; // 重定義元素個(gè)數(shù)
USHORT e_cparhdr; // 頭部尺寸，以段落為單位
USHORT e_minalloc; // 所需的最小附加段
USHORT e_maxalloc; // 所需的最大附加段
USHORT e_ss; // 初始的SS值（相對(duì)偏移量）
USHORT e_sp; // 初始的SP值
USHORT e_csum; // 校驗(yàn)和
USHORT e_ip; // 初始的IP值
USHORT e_cs; // 初始的CS值（相對(duì)偏移量）
USHORT e_lfarlc; // 重分配表文件地址
USHORT e_ovno; // 覆蓋號(hào)
USHORT e_res[4]; // 保留字
USHORT e_oemid; // OEM標(biāo)識(shí)符（相對(duì)e_oeminfo）
USHORT e_oeminfo; // OEM信息
USHORT e_res2[10]; // 保留字
LONG e_lfanew; // 新exe頭部的文件地址
} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;
第一個(gè)域e_magic，被稱為魔術(shù)數(shù)字，它被用于表示一個(gè)MS-DOS兼容的文件類型。所有MS-DOS兼容的可執(zhí)行文件都將這個(gè)值設(shè)為0x5A4D，表示ASCII字符MZ。MS-DOS頭部之所以有的時(shí)候被稱為MZ頭部，就是這個(gè)緣故。還有許多其它的域?qū)τ贛S-DOS操作系統(tǒng)來說都有用，但是對(duì)于Windows NT來說，這個(gè)結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)有用的域——最后一個(gè)域e_lfnew，一個(gè)4字節(jié)的文件偏移量，PE文件頭部就是由它定位的。對(duì)于Windows NT的PE文件來說，PE文件頭部是緊跟在MS-DOS頭部和實(shí)模式程序殘余之后的。
實(shí)模式殘余程序 實(shí)模式殘余程序是一個(gè)在裝載時(shí)能夠被MS-DOS運(yùn)行的實(shí)際程序。對(duì)于一個(gè)MS-DOS的可執(zhí)行映像文件，應(yīng)用程序就是從這里執(zhí)行的。對(duì)于Windows、OS/2、Windows NT這些操作系統(tǒng)來說，MS-DOS殘余程序就代替了主程序的位置被放在這里。這種殘余程序通常什么也不做，而只是輸出一行文本，例如：“This program requires Microsoft Windows v3.1 or greater.”當(dāng)然，用戶可以在此放入任何的殘余程序，這就意味著你可能經(jīng)常看到像這樣的東西：“You can''t run a Windows NT application on OS/2, it''s simply not possible.”
當(dāng)為Windows 3.1構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用程序的時(shí)候，鏈接器將向你的可執(zhí)行文件中鏈接一個(gè)名為WINSTUB.EXE的默認(rèn)殘余程序。你可以用一個(gè)基于MS-DOS的有效程序取代WINSTUB，并且用STUB模塊定義語句指示鏈接器，這樣就能夠取代鏈接器的默認(rèn)行為。為Windows NT開發(fā)的應(yīng)用程序可以通過使用-STUB:鏈接器選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)。
PE文件頭部與標(biāo)志 PE文件頭部是由MS-DOS頭部的e_lfanew域定位的，這個(gè)域只是給出了文件的偏移量，所以要確定PE頭部的實(shí)際內(nèi)存映射地址，就需要添加文件的內(nèi)存映射基地址。例如，以下的宏是包含在PEFILE.H源文件之中的：
//PEFILE.H
#define NTSIGNATURE(a) ((LPVOID)((BYTE *)a + \
((PIMAGE_DOS_HEADER)a)->e_lfanew))
在處理PE文件信息的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)文件之中有些位置需要經(jīng)常查閱。既然這些位置僅僅是對(duì)文件的偏移量，那么用宏來實(shí)現(xiàn)這些定位就比較容易，因?yàn)樗鼈冚^之函數(shù)有更好的表現(xiàn)。
請(qǐng)注意這個(gè)宏所獲得的是PE文件標(biāo)志，而并非PE文件頭部的偏移量。那是由于自Windows與OS/2的可執(zhí)行文件開始，.EXE文件都被賦予了目標(biāo)操作系統(tǒng)的標(biāo)志。對(duì)于Windows NT的PE文件格式而言，這一標(biāo)志在PE文件頭部結(jié)構(gòu)之前。在Windows和OS/2的某些版本中，這一標(biāo)志是文件頭的第一個(gè)字。同樣，對(duì)于PE文件格式，Windows NT使用了一個(gè)DWORD值。
以上的宏返回了文件標(biāo)志的偏移量，而不管它是哪種類型的可執(zhí)行文件。所以，文件頭部是在DWORD標(biāo)志之后，還是在WORD標(biāo)志處，是由這個(gè)標(biāo)志是否Windows NT文件標(biāo)志所決定的。要解決這個(gè)問題，我編寫了ImageFileType函數(shù)（如下），它返回了映像文件的類型：
//PEFILE.C
DWORD WINAPI ImageFileType (LPVOID lpFile)
{
/* 首先出現(xiàn)的是DOS文件標(biāo)志 */
if (*(USHORT *)lpFile == IMAGE_DOS_SIGNATURE)
{
/* 由DOS頭部決定PE文件頭部的位置 */
if (LOWORD (*(DWORD *)NTSIGNATURE (lpFile)) ==
IMAGE_OS2_SIGNATURE ||
LOWORD (*(DWORD *)NTSIGNATURE (lpFile)) ==
IMAGE_OS2_SIGNATURE_LE)
return (DWORD)LOWORD(*(DWORD *)NTSIGNATURE (lpFile));
else if (*(DWORD *)NTSIGNATURE (lpFile) ==
IMAGE_NT_SIGNATURE)
return IMAGE_NT_SIGNATURE;
else
return IMAGE_DOS_SIGNATURE;
}
else
/* 不明文件種類 */
return 0;
}
以上列出的代碼立即告訴了你NTSIGNATURE宏有多么有用。對(duì)于比較不同文件類型并且返回一個(gè)適當(dāng)?shù)奈募N類來說，這個(gè)宏就會(huì)使這兩件事變得非常簡單。WINNT.H之中定義的四種不同文件類型有：
//WINNT.H
#define IMAGE_DOS_SIGNATURE 0x5A4D // MZ
#define IMAGE_OS2_SIGNATURE 0x454E // NE
#define IMAGE_OS2_SIGNATURE_LE 0x454C // LE
#define IMAGE_NT_SIGNATURE 0x00004550 // PE00
首先，Windows的可執(zhí)行文件類型沒有出現(xiàn)在這一列表中，這一點(diǎn)看起來很奇怪。但是，在稍微研究一下之后，就能得到原因了：除了操作系統(tǒng)版本規(guī)范的不同之外，Windows的可執(zhí)行文件和OS/2的可執(zhí)行文件實(shí)在沒有什么區(qū)別。這兩個(gè)操作系統(tǒng)擁有相同的可執(zhí)行文件結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在把我們的注意力轉(zhuǎn)向Windows NT PE文件格式，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)只要我們得到了文件標(biāo)志的位置，PE文件之后就會(huì)有4個(gè)字節(jié)相跟隨。下一個(gè)宏標(biāo)識(shí)了PE文件的頭部：
//PEFILE.C
#define PEFHDROFFSET(a) ((LPVOID)((BYTE *)a + \
((PIMAGE_DOS_HEADER)a)->e_lfanew + \
SIZE_OF_NT_SIGNATURE))
這個(gè)宏與上一個(gè)宏的唯一不同是這個(gè)宏加入了一個(gè)常量SIZE_OF_NT_SIGNATURE。不幸的是，這個(gè)常量并未定義在WINNT.H之中，于是我將它定義在了PEFILE.H中，它是一個(gè)DWORD的大小。
既然我們知道了PE文件頭的位置，那么就可以檢查頭部的數(shù)據(jù)了。我們只需要把這個(gè)位置賦值給一個(gè)結(jié)構(gòu)，如下：
PIMAGE_FILE_HEADER pfh;
pfh = (PIMAGE_FILE_HEADER)PEFHDROFFSET(lpFile);
在這個(gè)例子中，lpFile表示一個(gè)指向可執(zhí)行文件內(nèi)存映像基地址的指針，這就顯出了內(nèi)存映射文件的好處：不需要執(zhí)行文件的I/O，只需使用指針pfh就能存取文件中的信息。PE文件頭結(jié)構(gòu)被定義為：
//WINNT.H
typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
USHORT Machine;
USHORT NumberOfSections;
ULONG TimeDateStamp;
ULONG PointerToSymbolTable;
ULONG NumberOfSymbols;
USHORT SizeOfOptionalHeader;
USHORT Characteristics;
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;
#define IMAGE_SIZEOF_FILE_HEADER 20
請(qǐng)注意這個(gè)文件頭部的大小已經(jīng)定義在這個(gè)包含文件之中了，這樣一來，想要得到這個(gè)結(jié)構(gòu)的大小就很方便了。但是我覺得對(duì)結(jié)構(gòu)本身使用sizeof運(yùn)算符（譯注：原文為“function”）更簡單一些，因?yàn)檫@樣的話我就不必記住這個(gè)常量的名字IMAGE_SIZEOF_FILE_HEADER，而只需要記住結(jié)構(gòu)IMAGE_FILE_HEADER的名字就可以了。另一方面，記住所有結(jié)構(gòu)的名字已經(jīng)夠有挑戰(zhàn)性的了，尤其在是這些結(jié)構(gòu)只有WINNT.H中才有的情況下。
PE文件中的信息基本上是一些高級(jí)信息，這些信息是被操作系統(tǒng)或者應(yīng)用程序用來決定如何處理這個(gè)文件的。第一個(gè)域是用來表示這個(gè)可執(zhí)行文件被構(gòu)建的目標(biāo)機(jī)器種類，例如DEC(R) Alpha、MIPS R4000、Intel(R) x86或一些其它處理器。系統(tǒng)使用這一信息來在讀取這個(gè)文件的其它數(shù)據(jù)之前決定如何處理它。
Characteristics域表示了文件的一些特征。比如對(duì)于一個(gè)可執(zhí)行文件而言，分離調(diào)試文件是如何操作的。調(diào)試器通常使用的方法是將調(diào)試信息從PE文件中分離，并保存到一個(gè)調(diào)試文件（.DBG）中。要這么做的話，調(diào)試器需要了解是否要在一個(gè)單獨(dú)的文件中尋找調(diào)試信息，以及這個(gè)文件是否已經(jīng)將調(diào)試信息分離了。我們可以通過深入可執(zhí)行文件并尋找調(diào)試信息的方法來完成這一工作。要使調(diào)試器不在文件中查找的話，就需要用到IMAGE_FILE_DEBUG_STRIPPED這個(gè)特征，它表示文件的調(diào)試信息是否已經(jīng)被分離了。這樣一來，調(diào)試器可以通過快速查看PE文件的頭部的方法來決定文件中是否存在著調(diào)試信息。
WINNT.H定義了若干其它表示文件頭信息的標(biāo)記，就和以上的例子差不多。我把研究這些標(biāo)記的事情留給讀者作為練習(xí)，由你們來看看它們是不是很有趣，這些標(biāo)記位于WINNT.H中的IMAGE_FILE_HEADER結(jié)構(gòu)之后。
PE文件頭結(jié)構(gòu)中另一個(gè)有用的入口是NumberOfSections域，它表示如果你要方便地提取文件信息的話，就需要了解多少個(gè)段——更明確一點(diǎn)來說，有多少個(gè)段頭部和多少個(gè)段實(shí)體。每一個(gè)段頭部和段實(shí)體都在文件中連續(xù)地排列著，所以要決定段頭部和段實(shí)體在哪里結(jié)束的話，段的數(shù)目是必需的。以下的函數(shù)從PE文件頭中提取了段的數(shù)目：
PEFILE.C
int WINAPI NumOfSections(LPVOID lpFile)
{
/* 文件頭部中所表示出的段數(shù)目 */
return (int)((PIMAGE_FILE_HEADER)
PEFHDROFFSET (lpFile))->NumberOfSections);
}
如你所見，PEFHDROFFSET以及其它宏用起來非常方便。
PE可選頭部 PE可執(zhí)行文件中接下來的224個(gè)字節(jié)組成了PE可選頭部。雖然它的名字是“可選頭部”，但是請(qǐng)確信：這個(gè)頭部并非“可選”，而是“必需”的。OPTHDROFFSET宏可以獲得指向可選頭部的指針：
//PEFILE.H
#define OPTHDROFFSET(a) ((LPVOID)((BYTE *)a + \
((PIMAGE_DOS_HEADER)a)->e_lfanew + \
SIZE_OF_NT_SIGNATURE + \
sizeof(IMAGE_FILE_HEADER)))
可選頭部包含了很多關(guān)于可執(zhí)行映像的重要信息，例如初始的堆棧大小、程序入口點(diǎn)的位置、首選基地址、操作系統(tǒng)版本、段對(duì)齊的信息等等。IMAGE_OPTIONAL_HEADER結(jié)構(gòu)如下：
//WINNT.H
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
//
// 標(biāo)準(zhǔn)域
//
USHORT Magic;
UCHAR MajorLinkerVersion;
UCHAR MinorLinkerVersion;
ULONG SizeOfCode;
ULONG SizeOfInitializedData;
ULONG SizeOfUninitializedData;
ULONG AddressOfEntryPoint;
ULONG BaseOfCode;
ULONG BaseOfData;
//
// NT附加域
//
ULONG ImageBase;
ULONG SectionAlignment;
ULONG FileAlignment;
USHORT MajorOperatingSystemVersion;
USHORT MinorOperatingSystemVersion;
USHORT MajorImageVersion;
USHORT MinorImageVersion;
USHORT MajorSubsystemVersion;
USHORT MinorSubsystemVersion;
ULONG Reserved1;
ULONG SizeOfImage;
ULONG SizeOfHeaders;
ULONG CheckSum;
USHORT Subsystem;
USHORT DllCharacteristics;
ULONG SizeOfStackReserve;
ULONG SizeOfStackCommit;
ULONG SizeOfHeapReserve;
ULONG SizeOfHeapCommit;
ULONG LoaderFlags;
ULONG NumberOfRvaAndSizes;
IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
如你所見，這個(gè)結(jié)構(gòu)中所列出的域?qū)嵲谑侨唛L得過分。為了不讓你對(duì)所有這些域感到厭煩，我會(huì)僅僅討論有用的——就是說，對(duì)于探究PE文件格式而言有用的。
標(biāo)準(zhǔn)域 首先，請(qǐng)注意這個(gè)結(jié)構(gòu)被劃分為“標(biāo)準(zhǔn)域”和“NT附加域”。所謂標(biāo)準(zhǔn)域，就是和UNIX可執(zhí)行文件的COFF格式所公共的部分。雖然標(biāo)準(zhǔn)域保留了COFF中定義的名字，但是Windows NT仍然將它們用作了不同的目的——盡管換個(gè)名字更好一些。
·Magic。我不知道這個(gè)域是干什么的，對(duì)于示例程序EXEVIEW.EXE示例程序而言，這個(gè)值是0x010B或267（譯注：0x010B為.EXE，0x0107為ROM映像，這個(gè)信息我是從eXeScope上得來的）。
·MajorLinkerVersion、MinorLinkerVersion。表示鏈接此映像的鏈接器版本。隨Window NT build 438配套的Windows NT SDK包含的鏈接器版本是2.39（十六進(jìn)制為2.27）。
·SizeOfCode。可執(zhí)行代碼尺寸。
·SizeOfInitializedData。已初始化的數(shù)據(jù)尺寸。
·SizeOfUninitializedData。未初始化的數(shù)據(jù)尺寸。
·AddressOfEntryPoint。在標(biāo)準(zhǔn)域中，AddressOfEntryPoint域是對(duì)PE文件格式來說最為有趣的了。這個(gè)域表示應(yīng)用程序入口點(diǎn)的位置。并且，對(duì)于系統(tǒng)黑客來說，這個(gè)位置就是導(dǎo)入地址表（IAT）的末尾。以下的函數(shù)示范了如何從可選頭部獲得Windows NT可執(zhí)行映像的入口點(diǎn)。
//PEFILE.C
LPVOID WINAPI GetModuleEntryPoint(LPVOID lpFile)
{
PIMAGE_OPTIONAL_HEADER poh;
poh = (PIMAGE_OPTIONAL_HEADER)OPTHDROFFSET(lpFile);
if (poh != NULL)
return (LPVOID)poh->AddressOfEntryPoint;
else
return NULL;
}
·BaseOfCode。已載入映像的代碼（“.text”段）的相對(duì)偏移量。
·BaseOfData。已載入映像的未初始化數(shù)據(jù)（“.bss”段）的相對(duì)偏移量。
Windows NT附加域 添加到Windows NT PE文件格式中的附加域?yàn)閃indows NT特定的進(jìn)程行為提供了裝載器的支持，以下為這些域的概述。
·ImageBase。進(jìn)程映像地址空間中的首選基地址。Windows NT的Microsoft Win32 SDK鏈接器將這個(gè)值默認(rèn)設(shè)為0x00400000，但是你可以使用-BASE:linker開關(guān)改變這個(gè)值。
·SectionAlignment。從ImageBase開始，每個(gè)段都被相繼的裝入進(jìn)程的地址空間中。SectionAlignment則規(guī)定了裝載時(shí)段能夠占據(jù)的最小空間數(shù)量——就是說，段是關(guān)于SectionAlignment對(duì)齊的。
Windows NT虛擬內(nèi)存管理器規(guī)定，段對(duì)齊不能少于頁尺寸（當(dāng)前的x86平臺(tái)是4096字節(jié)），并且必須是成倍的頁尺寸。4096字節(jié)是x86鏈接器的默認(rèn)值，但是它可以通過-ALIGN: linker開關(guān)來設(shè)置。
·FileAlignment。映像文件首先裝載的最小的信息塊間隔。例如，鏈接器將一個(gè)段實(shí)體（段的原始數(shù)據(jù)）加零擴(kuò)展為文件中最接近的FileAlignment邊界。早先提及的2.39版鏈接器將映像文件以0x200字節(jié)的邊界對(duì)齊，這個(gè)值可以被強(qiáng)制改為512到65535這么多。
·MajorOperatingSystemVersion。表示W(wǎng)indows NT操作系統(tǒng)的主版本號(hào)；通常對(duì)Windows NT 1.0而言，這個(gè)值被設(shè)為1。
·MinorOperatingSystemVersion。表示W(wǎng)indows NT操作系統(tǒng)的次版本號(hào)；通常對(duì)Windows NT 1.0而言，這個(gè)值被設(shè)為0。
·MajorImageVersion。用來表示應(yīng)用程序的主版本號(hào)；對(duì)于Microsoft Excel 4.0而言，這個(gè)值是4。
·MinorImageVersion。用來表示應(yīng)用程序的次版本號(hào)；對(duì)于Microsoft Excel 4.0而言，這個(gè)值是0。
·MajorSubsystemVersion。表示W(wǎng)indows NT Win32子系統(tǒng)的主版本號(hào)；通常對(duì)于Windows NT 3.10而言，這個(gè)值被設(shè)為3。
·MinorSubsystemVersion。表示W(wǎng)indows NT Win32子系統(tǒng)的次版本號(hào)；通常對(duì)于Windows NT 3.10而言，這個(gè)值被設(shè)為10。
·Reserved1。未知目的，通常不被系統(tǒng)使用，并被鏈接器設(shè)為0。
·SizeOfImage。表示載入的可執(zhí)行映像的地址空間中要保留的地址空間大小，這個(gè)數(shù)字很大程度上受SectionAlignment的影響。例如，考慮一個(gè)擁有固定頁尺寸4096字節(jié)的系統(tǒng)，如果你有一個(gè)11個(gè)段的可執(zhí)行文件，它的每個(gè)段都少于4096字節(jié)，并且關(guān)于65536字節(jié)邊界對(duì)齊，那么SizeOfImage域?qū)?huì)被設(shè)為11 * 65536 = 720896（176頁）。而如果一個(gè)相同的文件關(guān)于4096字節(jié)對(duì)齊的話，那么SizeOfImage域的結(jié)果將是11 * 4096 = 45056（11頁）。這只是個(gè)簡單的例子，它說明每個(gè)段需要少于一個(gè)頁面的內(nèi)存。在現(xiàn)實(shí)中，鏈接器通過個(gè)別地計(jì)算每個(gè)段的方法來決定SizeOfImage確切的值。它首先決定每個(gè)段需要多少字節(jié)，并且最后將頁面總數(shù)向上取整至最接近的SectionAlignment邊界，然后總數(shù)就是每個(gè)段個(gè)別需求之和了。
·SizeOfHeaders。這個(gè)域表示文件中有多少空間用來保存所有的文件頭部，包括MS-DOS頭部、PE文件頭部、PE可選頭部以及PE段頭部。文件中所有的段實(shí)體就開始于這個(gè)位置。
·CheckSum。校驗(yàn)和是用來在裝載時(shí)驗(yàn)證可執(zhí)行文件的，它是由鏈接器設(shè)置并檢驗(yàn)的。由于創(chuàng)建這些校驗(yàn)和的算法是私有信息，所以在此不進(jìn)行討論。
·Subsystem。用于標(biāo)識(shí)該可執(zhí)行文件目標(biāo)子系統(tǒng)的域。每個(gè)可能的子系統(tǒng)取值列于WINNT.H的IMAGE_OPTIONAL_HEADER結(jié)構(gòu)之后。
·DllCharacteristics。用來表示一個(gè)DLL映像是否為進(jìn)程和線程的初始化及終止包含入口點(diǎn)的標(biāo)記。
·SizeOfStackReserve、SizeOfStackCommit、SizeOfHeapReserve、SizeOfHeapCommit。這些域控制要保留的地址空間數(shù)量，并且負(fù)責(zé)棧和默認(rèn)堆的申請(qǐng)。在默認(rèn)情況下，棧和堆都擁有1個(gè)頁面的申請(qǐng)值以及16個(gè)頁面的保留值。這些值可以使用鏈接器開關(guān)-STACKSIZE:與-HEAPSIZE:來設(shè)置。
·LoaderFlags。告知裝載器是否在裝載時(shí)中止和調(diào)試，或者默認(rèn)地正常運(yùn)行。
·NumberOfRvaAndSizes。這個(gè)域標(biāo)識(shí)了接下來的DataDirectory數(shù)組。請(qǐng)注意它被用來標(biāo)識(shí)這個(gè)數(shù)組，而不是數(shù)組中的各個(gè)入口數(shù)字，這一點(diǎn)非常重要。
·DataDirectory。數(shù)據(jù)目錄表示文件中其它可執(zhí)行信息重要組成部分的位置。它事實(shí)上就是一個(gè)IMAGE_DATA_DIRECTORY結(jié)構(gòu)的數(shù)組，位于可選頭部結(jié)構(gòu)的末尾。當(dāng)前的PE文件格式定義了16種可能的數(shù)據(jù)目錄，這之中的11種現(xiàn)在在使用中。
數(shù)據(jù)目錄 WINNT.H之中所定義的數(shù)據(jù)目錄為：
//WINNT.H
// 目錄入口
// 導(dǎo)出目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT 0
// 導(dǎo)入目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT 1
// 資源目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_RESOURCE 2
// 異常目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXCEPTION 3
// 安全目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_SECURITY 4
// 重定位基本表
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC 5
// 調(diào)試目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DEBUG 6
// 描述字串
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COPYRIGHT 7
// 機(jī)器值（MIPS GP）
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_GLOBALPTR 8
// TLS目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS 9
// 載入配置目錄
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG 10
基本上，每個(gè)數(shù)據(jù)目錄都是一個(gè)被定義為IMAGE_DATA_DIRECTORY的結(jié)構(gòu)。雖然數(shù)據(jù)目錄入口本身是相同的，但是每個(gè)特定的目錄種類卻是完全唯一的。每個(gè)數(shù)據(jù)目錄的定義在本文的以后部分被描述為“預(yù)定義段”。
//WINNT.H
typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
ULONG VirtualAddress;
ULONG Size;
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
每個(gè)數(shù)據(jù)目錄入口指定了該目錄的尺寸和相對(duì)虛擬地址。如果你要定義一個(gè)特定的目錄的話，就需要從可選頭部中的數(shù)據(jù)目錄數(shù)組中決定相對(duì)的地址，然后使用虛擬地址來決定該目錄位于哪個(gè)段中。一旦你決定了哪個(gè)段包含了該目錄，該段的段頭部就會(huì)被用于查找數(shù)據(jù)目錄的精確文件偏移量位置。
所以要獲得一個(gè)數(shù)據(jù)目錄的話，那么首先你需要了解段的概念。我在下面會(huì)對(duì)其進(jìn)行描述，這個(gè)討論之后還有一個(gè)有關(guān)如何定位數(shù)據(jù)目錄的示例。
PE文件段 PE文件規(guī)范由目前為止定義的那些頭部以及一個(gè)名為“段”的一般對(duì)象組成。段包含了文件的內(nèi)容，包括代碼、數(shù)據(jù)、資源以及其它可執(zhí)行信息，每個(gè)段都有一個(gè)頭部和一個(gè)實(shí)體（原始數(shù)據(jù)）。我將在下面描述段頭部的有關(guān)信息，但是段實(shí)體則缺少一個(gè)嚴(yán)格的文件結(jié)構(gòu)。因此，它們幾乎可以被鏈接器按任何的方法組織，只要它的頭部填充了足夠能夠解釋數(shù)據(jù)的信息。
段頭部 PE文件格式中，所有的段頭部位于可選頭部之后。每個(gè)段頭部為40個(gè)字節(jié)長，并且沒有任何的填充信息。段頭部被定義為以下的結(jié)構(gòu)：
//WINNT.H
#define IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME 8
typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {
UCHAR Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];
union {
ULONG PhysicalAddress;
ULONG VirtualSize;
} Misc;
ULONG VirtualAddress;
ULONG SizeOfRawData;
ULONG PointerToRawData;
ULONG PointerToRelocations;
ULONG PointerToLinenumbers;
USHORT NumberOfRelocations;
USHORT NumberOfLinenumbers;
ULONG Characteristics;
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;
你如何才能獲得一個(gè)特定段的段頭部信息？既然段頭部是被連續(xù)的組織起來的，而且沒有一個(gè)特定的順序，那么段頭部必須由名稱來定位。以下的函數(shù)示范了如何從一個(gè)給定了段名稱的PE映像文件中獲得一個(gè)段頭部：
//PEFILE.C
BOOL WINAPI GetSectionHdrByName(LPVOID lpFile, IMAGE_SECTION_HEADER *sh, char *szSection)
{
PIMAGE_SECTION_HEADER psh;
int nSections = NumOfSections (lpFile);
int i;
if ((psh = (PIMAGE_SECTION_HEADER)SECHDROFFSET(lpFile))
!= NULL)
{
/* 由名稱查找段 */
for (i = 0; i < nSections; i++)
{
if (!strcmp(psh->Name, szSection))
{
/* 向頭部復(fù)制數(shù)據(jù) */
CopyMemory((LPVOID)sh, (LPVOID)psh,
sizeof(IMAGE_SECTION_HEADER));
return TRUE;
}
else
psh++;
}
}
return FALSE;
}
這個(gè)函數(shù)通過SECHDROFFSET宏將第一個(gè)段頭部定位，然后它開始在所有段中循環(huán)，并將要尋找的段名稱和每個(gè)段的名稱相比較，直到找到了正確的那一個(gè)為止。當(dāng)找到了段的時(shí)候，函數(shù)將內(nèi)存映像文件的數(shù)據(jù)復(fù)制到傳入函數(shù)的結(jié)構(gòu)中，然后IMAGE_SECTION_HEADER結(jié)構(gòu)的各域就能夠被直接存取了。
段頭部的域 ·Name。每個(gè)段都有一個(gè)8字符長的名稱域，并且第一個(gè)字符必須是一個(gè)句點(diǎn)。
·PhysicalAddress或VirtualSize。第二個(gè)域是一個(gè)union域，現(xiàn)在已不使用了。
·VirtualAddress。這個(gè)域標(biāo)識(shí)了進(jìn)程地址空間中要裝載這個(gè)段的虛擬地址。實(shí)際的地址由將這個(gè)域的值加上可選頭部結(jié)構(gòu)中的ImageBase虛擬地址得到。切記，如果這個(gè)映像文件是一個(gè)DLL，那么這個(gè)DLL就不一定會(huì)裝載到ImageBase要求的位置。所以一旦這個(gè)文件被裝載進(jìn)入了一個(gè)進(jìn)程，實(shí)際的ImageBase值應(yīng)該通過使用GetModuleHandle來檢驗(yàn)。
·SizeOfRawData。這個(gè)域表示了相對(duì)FileAlignment的段實(shí)體尺寸。文件中實(shí)際的段實(shí)體尺寸將少于或等于FileAlignment的整倍數(shù)。一旦映像被裝載進(jìn)入了一個(gè)進(jìn)程的地址空間，段實(shí)體的尺寸將會(huì)變得少于或等于FileAlignment的整倍數(shù)。
·PointerToRawData。這是一個(gè)文件中段實(shí)體位置的偏移量。
·PointerToRelocations、PointerToLinenumbers、NumberOfRelocations、NumberOfLinenumbers。這些域在PE格式中不使用。
·Characteristics。定義了段的特征。這些值可以在WINNT.H及本光盤（譯注：MSDN的光盤）的PE格式規(guī)范中找到。
值 定義
0x00000020 代碼段
0x00000040 已初始化數(shù)據(jù)段
0x00000080 未初始化數(shù)據(jù)段
0x04000000 該段數(shù)據(jù)不能被緩存
0x08000000 該段不能被分頁
0x10000000 共享段
0x20000000 可執(zhí)行段
0x40000000 可讀段
0x80000000 可寫段
定位數(shù)據(jù)目錄 數(shù)據(jù)目錄存在于它們相應(yīng)的數(shù)據(jù)段中。典型地來說，數(shù)據(jù)目錄是段實(shí)體中的第一個(gè)結(jié)構(gòu)，但不是必需的。由于這個(gè)緣故，如果你需要定位一個(gè)指定的數(shù)據(jù)目錄的話，就需要從段頭部和可選頭部中獲得信息。
為了讓這個(gè)過程簡單一點(diǎn)，我編寫了以下的函數(shù)來定位任何一個(gè)在WINNT.H之中定義的數(shù)據(jù)目錄。
// PEFILE.C
LPVOID WINAPI ImageDirectoryOffset(LPVOID lpFile,
DWORD dwIMAGE_DIRECTORY)
{
PIMAGE_OPTIONAL_HEADER poh;
PIMAGE_SECTION_HEADER psh;
int nSections = NumOfSections(lpFile);
int i = 0;
LPVOID VAImageDir;
/* 必須為0到(NumberOfRvaAndSizes-1)之間 */
if (dwIMAGE_DIRECTORY >= poh->NumberOfRvaAndSizes)
return NULL;
/* 獲得可選頭部和段頭部的偏移量 */
poh = (PIMAGE_OPTIONAL_HEADER)OPTHDROFFSET(lpFile);
psh = (PIMAGE_SECTION_HEADER)SECHDROFFSET(lpFile);
/* 定位映像目錄的相對(duì)虛擬地址 */
VAImageDir = (LPVOID)poh->DataDirectory
[dwIMAGE_DIRECTORY].VirtualAddress;
/* 定位包含映像目錄的段 */
while (i++ < nSections)
{
if (psh->VirtualAddress <= (DWORD)VAImageDir &&
psh->VirtualAddress +
psh->SizeOfRawData > (DWORD)VAImageDir)
break;
psh++;
}
if (i > nSections)
return NULL;
/* 返回映像導(dǎo)入目錄的偏移量 */
return (LPVOID)(((int)lpFile +
(int)VAImageDir. psh->VirtualAddress) +
(int)psh->PointerToRawData);
}
該函數(shù)首先確認(rèn)被請(qǐng)求的數(shù)據(jù)目錄入口數(shù)字，然后它分別獲取指向可選頭部和第一個(gè)段頭部的兩個(gè)指針。它從可選頭部決定數(shù)據(jù)目錄的虛擬地址，然后它使用這個(gè)值來決定數(shù)據(jù)目錄定位在哪個(gè)段實(shí)體之中。如果適當(dāng)?shù)亩螌?shí)體已經(jīng)被標(biāo)識(shí)了，那么數(shù)據(jù)目錄特定的位置就可以通過將它的相對(duì)虛擬地址轉(zhuǎn)換為文件中地址的方法來找到。