基于嵌入式操作系统的动态链接器设计与实现

摘要

为满足嵌入式平台中对可执行文件动态链接器的需求，本文对传统 Linux ELF(Executable LinkableFormat)格式的基础上，提出了一种新的可执行文件格式(aELF)，并给出了aELF可执行文件的构建方法与装载过程，进而终实现了与之对应的动态链接器。此外，本文还基于aELF文件格式和动态链接器，实现了嵌入式音乐播放器插件的信任链动态链接器。使用aELF模块技术的音乐播放器可在播放时对音乐插件模块进行动态插入和卸载，更节约内存。
　　aELF允许可执行文件加载到任意加载地址，解决了多个程序地址空间的重叠问题。aELF动态链接器在装载aELF文件之后，可扫描并修正aELF文件中所有对代码和数据地址的引用，使其指向重定位后的新地址。传统的动态链接器使用的符号表占用了ELF文件大量的空间，而且有泄露信息的可能，因此，aELF放弃了传统ELF中使用符号表来存储动态链接所需的符号信息，改为使用名字标示符对符号进行统一编码；此外，aELF可以对可执行文件进行压缩并加密，使用签名算法对可执行文件进行签名，得到了良好的安全性和保密性。
　　通过对比测试，aELF格式的可执行文件相对于传统Linux ELF而言，文件长度更小，动态链接功能的实现更简单，可执行格式更为安全，因而更适合嵌入式操作系统。
　　aELF可用于嵌入式操作系统aCoral的动态链接。通过aELF将aCoral内核拆分为子模块，将其模块化形成微内核系统。同传统的宏内核相比，aCoral结构更为层次化，分离了服务与客户代码，便于隔离错误。同真正的微内核内核相比，aCoral使用了直接调用而不是消息传递机制从客户与服务传递信息，得到了更好的效率。

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第一章 引言

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的研究意义

1.4论文的主要工作和组织

第二章 相关技术背景

2.1 UNIX可执行文件格式

2.2 PE可执行文件格式

2.3 ELF可执行文件格式

2.4 Linux动态装载器

2.5相关加密算法

2.6本章小结

第三章 aELF的设计与实现

3.1 aELF文件格式的设计

3.2 aELF文件格式的实现

3.3 aELF加密与压缩的设计与实现

3.4 aELF文件格式的后期处理

3.5本章小结

第四章 aELF动态链接器的设计与实现

4.1 aELF动态链接器的设计

4.2 aELF动态链接器的实现

4.3本章小结

第五章 aELF及加载器的应用设计

5.1 aELF音乐播放器

5.2应用aELF及加载器改造aCoral内核结构

5.3本章小结

第六章 系统测试

6.1 aELF装载器的测试

6.2自动化测试方案

6.3 aELF模块安全性测试

6.4 aELF文件大小测试

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文的主要贡献

7.2下一步工作展望

附录 ELF文件格式

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果