elf_loader：一个使用Rust编写的ELF加载器

本文介绍一个使用Rust实现的ELF加载器。

下面是elf_loader的仓库链接：

github：

https://github.com/weizhiao/elf_loaderhttps://github.com/weizhiao/elf_loader

crates.io：

https://crates.io/crates/elf_loaderhttps://crates.io/crates/elf_loader

1 它能做什么？

elf_loader能够从内存、文件加载各种形式的elf文件，包括Executable file、Shared object file和Position-Independent Executable file。

PS：后面这两个其实是一类格式，Position-Independent Executable file其实就是带有入口的Shared object file，即可以执行的Shared object file。

鉴于此，它能够被使用在以下地方：

1 在操作系统内核中使用它作为elf文件的加载器

2 使用它实现Rust版本的动态链接器。PS：我自己也实现了一个https://github.com/weizhiao/dlopen-rs

3 在嵌入式设备上使用它加载elf动态库

2 优势

✨ 可以在 no_std环境中工作✨

elf_loader不依赖Rust std，也不强制依赖libc和操作系统，因此可以在内核和嵌入式设备等no_std环境中使用。

✨速度快✨

elf_loader吸取了musl和glibc里ld.so实现的优点，并充分利用了Rust的一些特性（比如静态分发），可以生成性能出色的代码。基于elf_loader实现的动态链接器dlopen-rs性能比libloading(ld.so)更好。

✨非常容易移植，具有良好的可扩展性✨

如果你想要移植elf_loader，你只需为你的平台实现 Mmap和ElfObject trait。在实现Mmap trait时可以参考elf_loader提供的默认实现：

elf_loader/src/mmap at main · weizhiao/elf_loader

此外你可以使用elf_loader提供的hook函数来拓展elf_loader的功能，实现其他任何你想要的功能，在使用hook函数时可以参考dlopen-rs里的实现：https://github.com/weizhiao/dlopen-rs/blob/main/src/loader/mod.rs

✨提供异步接口✨

elf_loader提供了加载elf文件的异步接口，这使得它在某些并发加载elf文件的场景下有更高的性能上限。不过你需要根据自己的应用场景实现 Mmap和ElfObjectAsync trait。比如不使用mmap来直接映射elf文件，转而使用mmap+文件读取的方式（mmap创建内存空间再通过文件读取将elf文件的内容读取到mmap创建的空间中）来加载elf文件，这样就能充分利用异步接口带来的优势。

✨编译期检查✨

elf_loader利用Rust的生命周期机制，在编译期检查elf文件的依赖库是否被提前销毁，大大提高了安全性。 比如说有三个被elf_loader加载的动态库a,b,c，其中c依赖b，b依赖a，如果a，b中的任意一个在c drop之前被drop了，那么将不会程序通过编译。你可以在examples/relocate中验证这一点：elf_loader/examples/relocate.rs at main · weizhiao/elf_loader · GitHub

3 示例

加载一个简单的动态库：

use elf_loader::{Loader, mmap::MmapImpl, object::ElfFile};
use elf_loader::{Loader, mmap::MmapImpl, object::ElfFile};
use std::{collections::HashMap, ptr::null};

fn main() {
    fn print(s: &str) {
        println!("{}", s);
    }

    // liba.so依赖的符号
    let mut map = HashMap::new();
    map.insert("__gmon_start__", null());
    map.insert("__cxa_finalize", null());
    map.insert("_ITM_registerTMCloneTable", null());
    map.insert("_ITM_deregisterTMCloneTable", null());
    map.insert("print", print as _);
    let pre_find = |name: &str| -> Option<*const ()> { map.get(name).copied() };
    // 加载动态库liba.so
    let mut loader = Loader::<MmapImpl>::new();
    let liba = loader
        .easy_load_dylib(ElfFile::from_path("target/liba.so").unwrap())
        .unwrap();
    // 重定位liba.so中的符号
    let a = liba.easy_relocate([].iter(), &pre_find).unwrap();
    // 调用liba.so中的函数a
    let f = unsafe { a.get::<fn() -> i32>("a").unwrap() };
    f();
}

4 补充

如果你在使用时遇到任何问题，都可以在本文的评论区或者github上提出问题，此外十分欢迎任何对elf加载器感兴趣的朋友贡献代码（改进elf_loader本身，增加样例，修改文档中存在的问题都可以）。如果觉得elf_loader对你有帮助的话不妨点个star。^v^