ELF 파일 구조 분석 — Section·Segment·Symbol Table·DWARF

#한 줄 요약

“ELF는 컴파일된 코드, 데이터, 메타데이터를 담는 표준 컨테이너입니다.” Linker가 만드는 결과물이고, debugger·flasher·loader가 읽습니다.

#어떤 상황에서 쓰나

• Symbol이 어디에 있는지, 크기는 얼마나 되는지 분석
• Debug 정보가 들어 있는지 확인
• Custom section을 만들고 위치 검증
• Flash에 올릴 bin 추출 전 검수

#핵심 개념

#1) ELF 전체 구조

#2) Program Header vs Section Header

Program header는 “어디에 올려라”, section header는 “어디서 만들어졌나”입니다. 같은 ELF가 두 시각을 제공합니다.

#3) 표준 섹션

#4) Symbol table

각 symbol은 다음을 갖습니다.

Symbol entry:

• name (string table offset)
• value (주소)
• size
• binding (LOCAL, GLOBAL, WEAK)
• type (FUNC, OBJECT, SECTION, FILE, NOTYPE)
• visibility (DEFAULT, HIDDEN, PROTECTED)
• section index

nm이 가장 자주 쓰는 도구입니다.

#5) Relocation

.o 파일은 외부 symbol 참조를 미해결로 두고, .rel.* 섹션에 “여기에 외부 symbol 주소를 넣어라”라는 entry를 둡니다. linker가 이를 해소합니다.

1
main.o의 .rel.text:
2
   offset 0x14: R_ARM_CALL → printf
3
   offset 0x20: R_ARM_ABS32 → my_global_var
4

5
→ linker가 printf, my_global_var의 주소를 박아 넣음

#코드 / 실제 사용 예

readelf로 분석합니다.

1
# ELF header
2
arm-none-eabi-readelf -h app.elf
3
# ELF Header:
4
#   Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00
5
#   Class:                             ELF32
6
#   Data:                              little endian
7
#   Type:                              EXEC (Executable file)
8
#   Machine:                           ARM
9
#   Version:                           0x1
10
#   Entry point address:               0x80000fd
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#   Number of program headers:         3
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#   Number of section headers:         22
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# Section header
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arm-none-eabi-readelf -S app.elf
16
# [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   Flg
17
# [ 1] .text             PROGBITS        08000000 010000 001234 AX
18
# [ 2] .rodata           PROGBITS        08001234 011234 000100 A
19
# [ 3] .data             PROGBITS        20000000 020000 000080 WA
20
# [ 4] .bss              NOBITS          20000080 020080 000200 WA
21
# [ 5] .debug_info       PROGBITS        00000000 030000 005000
22

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# Program header
24
arm-none-eabi-readelf -l app.elf
25
# Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg
26
# LOAD           0x010000 0x08000000 0x08000000 0x01334 0x01334 R E
27
# LOAD           0x020000 0x20000000 0x080013B4 0x00080 0x00280 RW
28

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# Symbol
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arm-none-eabi-readelf -s app.elf | head -20
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arm-none-eabi-nm --size-sort app.elf | tail -20

objdump 활용:

1
# 디스어셈블 + source 함께
2
arm-none-eabi-objdump -dS app.elf | less
3

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# 특정 섹션의 hex dump
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arm-none-eabi-objdump -s -j .data app.elf
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# 모든 섹션 size
8
arm-none-eabi-size -A app.elf

ELF에서 bin 추출(flasher용):

1
# 모든 LOAD 섹션을 단일 binary로
2
arm-none-eabi-objcopy -O binary app.elf app.bin
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# 특정 섹션만
5
arm-none-eabi-objcopy -O ihex \
6
    --only-section=.text \
7
    --only-section=.rodata \
8
    app.elf app.hex

#측정 / 비교

#자주 보는 함정

⚠️ ELF를 그대로 flash에 쓰기

ELF는 metadata, debug 정보, padding을 다 갖고 있어 flash 크기를 초과합니다. objcopy -O binary 또는 -O ihex로 변환.

⚠️ Stripped binary로 디버깅

strip app.elf 후에는 symbol과 debug 정보가 사라져 gdb로 stack trace를 못 봅니다. release용 strip 전에 .elf 사본 보관.

⚠️ Debug 정보 크기 무시

-g 옵션의 debug 정보는 .text보다 5 ~ 10배 클 수 있습니다. flash 크기에는 영향 없지만 (load 안 됨), elf 파일 크기는 큽니다.

⚠️ Static vs global symbol 혼동

static 함수/변수는 LOCAL binding으로 다른 file에서 못 봅니다. nm에서 소문자(t, d)로 표시. global은 대문자(T, D).

⚠️ Weak symbol 작동 확인 누락

Startup의 default IRQ handler가 weak이면 사용자가 같은 이름의 강한 정의로 override 가능. weak 적용 확인은 nm 또는 objdump -t.

#정리

• ELF는 program/section header, code/data, symbol, debug 정보를 담는 표준 컨테이너입니다.
• Program header는 loader용, section header는 linker/debugger용입니다.
• readelf, objdump, nm, size로 ELF를 분석합니다.
• Flash에 올릴 때는 objcopy로 .bin 또는 .hex로 변환합니다.
• Debug 정보는 ELF에만 있고 flash에는 안 올라갑니다.

다음 편에서는 링커 스크립트 기초를 다룹니다. MEMORY와 SECTIONS의 기본 사용법입니다.

#관련 항목

• 3-02: 컴파일 4단계
• 3-04: 링커 스크립트 기초
• 3-10: 맵 파일 분석
• 더 깊이 — Embedded C++ for Real Systems: ELF 분석