Microsoft Portable Executable and Common Object File Format

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Aufbau

MS-DOS-Stub

Aus Gründen der Abwährskompatiblität, beginnt auch heute jedes Programm unter Windows mit dem sogenannten MS-DOS-Stub. Das ist ein kleines MZ-EXE Programm, das am Beginn der PE/COFF Datei steht und aufgerufen wird, wenn man versuchen sollte es unter DOS aufzurufen.

EXE Header

Dieser Header ist der Basisheader jeder Datei im EXE-Format (auch DLL und andere abgeleitete Dateien), worauf sich der PE/COFF-Header aufbaut. Da aber die Informationen für solche Dateien nicht mehr im EXE-Header abgelegt werden, könnte man theoretisch den EXE-Header weglassen. Leider ist dem aber nicht so, weil dieser die Offsetadresse zu unserem PE/COFF-Header enthält.

Die folgende Tabelle zeigt, was noch vom EXE-Header benötigt wird (Einzelheiten können in MZ EXE nachgelesen werden.)

Offset Größe Beschreibung
0x00 2 Bytes EXE-Datei Signatur ("MZ")
0x02 6 Bytes Unbedeutend
0x08 2 Bytes Größe des EXE-Header in 16-Byte-Paragraphen (Wert: 0x0004)
0x0A 50 Bytes Unbedeutend
0x3C 4 Bytes Dateioffset des PE/COFF-Header

Hierauf folgt, meist ab Offset 0x40 der eigentliche Stub. Er dient meist nur noch dazu, um unter DOS nur die Meldung "This programm cannot be run in DOS mode" auszugeben.

Die Struktur und der Inhalt des DOS-Stubs ist bei den meisten heutigen Programmen gleich (Wer will, kann sich mal irgendein Programm im Hex Editor ansehen). Der DOS Stub ist in der Regel 216 Byte lang, wodurch die PE-Kenzeichnung dann am Offset 0x000000D8 liegt. Trozdem sollte man sich nicht darauf verlassen sondern den Wert aus 0x3C prüfen.

PE Kennzeichnung

Dem DOS Stub folgt die eigentliche PE Datei. Sie beginnt mit der Signatur, die 4 Byte Lang ist und den Wert 0x00004550 enthält, was dem Wort "PE", gefolgt von zwei Nullbytes entspricht.

COFF Dateiheader

Hier ist der Common Object File Format Header:

Offset Größe Beschreibung
0x00 2 Bytes Hier wird beschrieben, für welche Plattform diese ausführbare Datei geeignet ist
0x02 2 Bytes Die Anzahl der Sektoren
0x04 4 Bytes Die ersten 32 Bits der Sekundenanzahl vom 1. Januar 1970 00:00 bis zur Erstellung der Datei
0x08 4 Bytes In der Objektdatei der Offset zur Symboltabelle. Sollte in der Executable 0 sein.
0x0B 4 Bytes Die Anzahl der Eintragungen von der Symboltabelle
0x0F 2 Bytes Größe des "optionalen" Headers in der Executable. Sollte in einer Objektdatei 0 sein.
0x12 2 Bytes Flags für Eigenschaften der Datei

Plattformtypen für den COFF-Header

In dieser Tabelle werden die Werte für die Plattformentypen des COFF-Headers erläutert.

Wert Plattform
0x0000 Nicht bekannt oder auf jeder Plattform lauffähig.
0x01D3 Matsushita AM33
0x8664 x64
0x01C0 ARM little endian
0x0EBC EFI Bytecode
0x014C x86 kompatible Prozessoren
0x0200 Intel Itanium Prozessorfamilie
0x9041 Mitsubishi M32R little endian
0x0266 MIPS16
0x0366 MIPS mit FPU
0x0466 MIPS16 mit FPU
0x01f0 Power PC little endian
0x00f1 Power PC mit Floating Point Support
0x0166 MIPS little endian
0x01A2 Hitachi SH3
0x01A3 Hitachi SH3 DSP
0x01A6 Hitachi SH4
0x01A8 Hitachi SH5
0x01C2 ARM Thumb
0x0169 MIPS little endian WCE v2

Flags des COFF-Headers

Bit Funktion
1 Nur für Windows wichtig
2 Muss Eins sein. Wenn nicht, dann hat der Linker einen Fehler
3 Obsolet. Sollte Null sein
4 Obsolet. Sollte Null sein
5 Obsolet. Sollte Null sein
6 Das Programm kann mit mehr als 2GB umgehen. In naher Zukunft wird dieser Eintrag obsolet sein
7 Reserviert
8 Obsolet. Sollte Null sein
9 Plattform basiert auf 32-Bit-Ausdrücken
10 Debuginformationen wurden entfernt
11 Diese Datei stammt aus dem Internet oder von einem Wechselmedium
12 Diese Datei ist eine Systemdatei und kein Anwendungsprogramm
13 Diese Datei ist eine DLL
14 Diese Datei sollte auf einem Einprozessor-System laufen
15 Obsolet. Sollte Null sein


Informationen zum "optionalen" Header

Keiner weiß warum der Optionale Header so heißt, wie er heißt denn jede ausführbare PE Datei hat ein "optionalen" Header. Der optionale Header wird in drei Abschnitte unterteilt (Zu PE32 und PE32+ siehe unten):

Offset PE32/PE32+ Größe Beschreibung
0 28/24 Zeigt allgemeine Informationen an
28/24 68/88 Windows-spezifische Informationen
96/112 Variabel Sind Adressen oder Teile von Tabellen, die für das Betriebsystem wichtig sind

Der erste Abschnitt wird wiederum in folgendermaßen unterteilt:

Offset Größe Beschreibung
0x00 2 Bytes Hier wird angegeben, ob es sich um PE32(0x10B) oder PE32+(0x20B) handelt. Bei PE32+ wird ein 64-Bit-Namensraum verwendet. Unter Windows gibt es trotzdem eine Beschränkung auf 2 GiB. Möglich ist es auch, die Datei als ROM Image( 0x107) zu kennzeichen, aber es geht nicht hervor, was die Unterschiede sind.
0x02 1 Byte Hauptversion des Linkers
0x03 1 Byte Nebenversion des Linkers
0x04 4 Bytes Hier soll die Größe des Quellcodes hin
0x08 4 Bytes Die Summe aller initialisierten Datensektionen
0x0C 4 Bytes Die Summe aller nicht initialisierten Datensektionen (BSS)
0x10 4 Bytes Die Adresse des Entry Points (Einsprungpunktes) bezogen auf den Anfang der Datei. Im Fall einer Anwengung ist dies die Position des ersten Befehls, bei Gerätetreibern die Adresse der Initialisierungsfunktion. Für DLL-Dateien ist der Entrypoint optional; sollte keiner erwünscht sein, muss dieser Wert 0 sein.
0x14 4 Bytes Die Adresse, die relativ zum ersten Sektor der ausführbaren Datei steht
0x18 4 Bytes Die Adresse, die relativ zum ersten Sektor der ausführbaren Datei steht. (Nur bei PE32 nötig).


Den Windows spezifischen Teil wird hier nicht erklärt, weil dies für lowlevel nicht wichtig ist. Der geneigte Leser kann die Spezifikation ab Seite 12 durchlesen.
Im dritten Teil können Strings oder Tabellen angegeben werden, damit sie das Betriebsystem verwenden kann. Es können beliebig viele Resourcen angegeben werden. Jede Resourcenangabe besteht aus zwei Feldern, die jede beide 4-Byte groß sind:

  • Die Adresse der Tabelle relativ zum ersten Sektor der ausführbaren Datei zum Zeitpunkt des Laden der Tabelle
  • Ihre Größe in Bytes

Sektorentabelle

Die Sektorentabelle kommt immer nach dem optimalen Header. Die Headergröße wird im COFF-Header festgelegt. Ebenfalls wird die Größe der Tabelle im COFF-Header festgelegt. Jeder Sektor besteht aus folgenden Abschnitten:

Offset Größe Beschreibung
0x00 8 Ist ein 8-Byte-String auf UTF-8 Basis. Wenn genau 8-Bytes verwendet wird, dann ist kein Nullbyte nötig.

Bei Objektdateien darf dieser länger sein, bei ausführbaren Dateien ist dies verboten.

0x08 4 Die endgültige Größe eines Sektors, wenn es geladen wird. Bei Objektdateien ist dieser Abschnitt voller Nullen.
0x0C 4 Für ausführbare Dateien die Adresse des ersten Bytes der Sektion relativ zum Image Basis(?).

Bei Objektdateien ist die Adresse des ersten angelegten Bytes, bevor die Verlagerung abgeschlossen ist.

0x10 4 Dies Feld ist gerundet. Entweder die Größe des Sektors(Objektdateien) oder die Größe des initialisierten Daten auf der Festplatte(Bei Imagedateien) Ist dieser Teil kleiner als das Offset 8, dann sind der Rest der Sektorentabelle Nullen. Wenn diese Sektion nur uninitialisierte Daten enthält, dann ist dieser Teil Null.
0x14 4 Der Dateipointer zur ersten Sektion innerhalb des COFF-Headers. Für Objektdateien sollte dieser Teil an einer 4-Byte-Grenze ausgerichtet sein. Enthält die Sektion nur uninitialisierte Daten, dann ist dieser Teil Null.
0x18 4 nicht verwendet (PointerToRelocations)1
0x1C 4 nicht verwendet (PointerToLinenumbers)1
0x20 2 nicht verwendet (PointerToLinenumbers)1
0x22 2 nicht verwendet (PointerToLinenumbers)1
0x24 4 Eigenschaften der Sektion

1 Die Felder 0x18 bis 0x23 stammen aus Coff und haben in PE keine Bedeutung. Sie sind auf 0 zu setzten.

Eigenschaften für Sektionen

Es gibt folgende Eigneschaftflags von 0 bis 31:

Nummber Sektionstyp
5 Code Sektion
6 Initialisierte Daten Section (.data)
7 Unnitialisierte Daten Section (.bss)
26 Sektion, kann nicht gecached werden.
27 nicht pagebare Sektion
28 gemeinsame Sektion
29 Ausführbare Sektion
30 Lesbare Sektion
31 Schreibbare Sektion

Weblinks