PE文件结构详解

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我们大家都知道，在Windows 9x、NT、2000下，所有的可执行文件都是基于Microsoft设计的一种新的文件格式Portable
Executable File
Format（可移植的执行体），即PE格式。有一些时候，我们需要对这些可执行文件进行修改，下面文字试图详细的描述PE文件的格式及对PE格式文件的
修改。

PE文件框架构成


DOS MZ header

DOS Stub

PE header

Section table

Section 1

Section 2

Section...

Section n

上表是PE文件结构的总体层次分布。所有 PE文件(甚至32位的 DLLs) 必须以一个简单的 DOS MZ
header开始，在偏移0处有DOS下可执行文件的“MZ标志”，有了它，一旦程序在DOS下执行，DOS就能识别出这是有效的执行体，然后运行紧随
MZ header之后的DOS Stub。紧接着DOS Stub的是PE header。PE
header是PE相关结构IMAGE_NT_HEADERS的简称，其中包含了许多PE装载器用到的重要域。可执行文件在支持PE文件结构的操作系统
中执行时，PE装载器将从DOS MZ header的偏移3CH处找到PE header的起始偏移量。因而跳过了DOS Stub直接定位到真正的文件头PE header。

小知识：DOS
Stub实际上是个有效的EXE，在不支持PE文件格式的操作系统中，它将简单显示一个错误提示，类似于字符串“This program cannot
run in DOS mode”或者程序员可根据自己的意图实现完整的DOS代码。通常DOS
Stub由汇编器/编译器自动生成，对我们的用处不是很大，它简单调用中断21h服务9来显示字符串“This program cannot run
in DOS mode”。

PE文件的真正内容划分成块，称之为Sections（节）。每节是一块拥有共同属性的数据，比如“.text”节等，那么，每一节的内容都是什么呢？实
际上PE格式的文件把具有相同属性的内容放入同一个节中，而不必关心类似“.text”、“.data”的命名，其命名只是为了便于识别，所有，我们如果
对PE格式的文件进行修改，理论上讲可以写入任何一个节内，并调整此节的属性就可以了。

PE header 接下来的数组结构Section table（节表）。每个结构包含对应节的属性、文件偏移量、虚拟偏移量等。如果PE文件里有5个节，那么此结构数组内就有5个成员。

以上就是PE文件格式的物理分布，下面将总结一下装载一PE文件的主要步骤：

1.PE文件被执行，PE装载器检查DOS MZ header里的PE header偏移量。如果找到，则跳转到PE header。

2.PE装载器检查PE header的有效性。如果有效，就跳转到PE header的尾部。

3.紧跟 PE header的是节表。PE装载器读取其中的节信息，并采用文件映射方法将这些节映射到内存
，同时附上节表里指定的节属性。

4．PE文件映射入内存后，PE装载器将处理PE文件中类似Import table（引入表）逻辑部分。

PE文件头定义



我们可以在Winnt.h这个文件中找到关于PE文件头的定义：

typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {

DWORD Signature;

//PE文件头标志 ：“PE/0/0”。在开始DOS header的偏移3CH处所指向的地址开始

IMAGE_FILE_HEADER FileHeader; //PE文件物理分布的信息

IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader; //PE文件逻辑分布的信息

} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;

typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {

WORD Machine; //该文件运行所需要的CPU，对于Intel平台是14Ch

WORD NumberOfSections; //文件的节数目

DWORD TimeDateStamp; //文件创建日期和时间

DWORD PointerToSymbolTable; //用于调试

DWORD NumberOfSymbols; //符号表中符号个数

WORD SizeOfOptionalHeader; //OptionalHeader 结构大小

WORD Characteristics; //文件信息标记，区分文件是exe还是dll

} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;

typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {

WORD Magic; //标志字(总是010bh)

BYTE MajorLinkerVersion; //连接器版本号

BYTE MinorLinkerVersion; //

DWORD SizeOfCode; //代码段大小

DWORD SizeOfInitializedData; //已初始化数据块大小

DWORD SizeOfUninitializedData; //未初始化数据块大小

DWORD AddressOfEntryPoint;

PE装载器准备运行的PE文件的第一个指令的RVA，若要改变整个执行的流程，可以将该值指定到新的RVA，这样新RVA处的指令首先被执行（以往许多文章都有介绍RVA，请大家先了解）。

DWORD BaseOfCode; //代码段起始RVA

DWORD BaseOfData; //数据段起始RVA

DWORD ImageBase; //PE文件的装载地址

DWORD SectionAlignment; //块对齐

DWORD FileAlignment; //文件块对齐

WORD MajorOperatingSystemVersion;//所需操作系统版本号

WORD MinorOperatingSystemVersion;//

WORD MajorImageVersion; //用户自定义版本号

WORD MinorImageVersion; //

WORD MajorSubsystemVersion; //win32子系统版本。若PE文件是专门为Win32设计的

WORD MinorSubsystemVersion; //该子系统版本必定是4.0否则对话框不会有3维立体感

DWORD Win32VersionValue; //保留

DWORD SizeOfImage; //内存中整个PE映像体的尺寸

DWORD SizeOfHeaders; //所有头+节表的大小

DWORD CheckSum; //校验和

WORD Subsystem; //NT用来识别PE文件属于哪个子系统

WORD DllCharacteristics; //

DWORD SizeOfStackReserve; //

DWORD SizeOfStackCommit; //

DWORD SizeOfHeapReserve; //

DWORD SizeOfHeapCommit; //

DWORD LoaderFlags; //

DWORD NumberOfRvaAndSizes; //

IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];

//IMAGE_DATA_DIRECTORY 结构数组。每个结构给出一个重要数据结构的RVA，比如引入地址表等

} IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;

typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {

DWORD VirtualAddress; //表的RVA地址

DWORD Size; //大小

} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

PE文件头后是节表，在winnt.h下如下定义

typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {

BYTE Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];//节表名称,如“.text”

union {

DWORD PhysicalAddress; //物理地址

DWORD VirtualSize; //真实长度

} Misc;

DWORD VirtualAddress; //RVA

DWORD SizeOfRawData; //物理长度

DWORD PointerToRawData; //节基于文件的偏移量

DWORD PointerToRelocations; //重定位的偏移

DWORD PointerToLinenumbers; //行号表的偏移

WORD NumberOfRelocations; //重定位项数目

WORD NumberOfLinenumbers; //行号表的数目

DWORD Characteristics; //节属性

} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;

以上结构就是在Winnt.h中关于PE文件头的定义，如何我们用C/C++来进行PE可执行文件操作，就要用到上面的所有结构，它详细的描述了PE文件头的结构。

修改PE可执行文件

现在让我们把一段代码写入任何一个PE格式的可执行文件，代码如下：

-- test.asm --

.386p

.model flat, stdcall

option casemap:none

include /masm32/include/windows.inc

include /masm32/include/user32.inc

includelib /masm32/lib/user32.lib

.code

start:

INVOKE MessageBoxA,0,0,0,MB_ICONINFORMATION or MB_OK

ret

end start

以上代码只显示一个MessageBox框，编译后得到二进制代码如下：

unsigned char writeline[18]=;

好，现在让我们看看该把这些代码写到那。现在用Tdump.exe显示一个PE格式得可执行文件信息，可以发现如下描述：

Object table:

# Name VirtSize RVA PhysSize Phys off Flags

-- -------- -------- -------- -------- -------- --------

01 .text 0000CCC0 00001000 0000CE00 00000600 60000020 [CER]

02 .data 00004628 0000E000 00002C00 0000D400 C0000040 [IRW]

03 .rsrc 000003C8 00013000 00000400 00010000 40000040 [IR]

Key to section flags:

C - contains code

E - executable

I - contains initialized data

R - readable

W - writeable

上面描述此文件中存在3个段及每个段的信息，实际上我们的代码可以写入任何一个段，这里我选择“.text”段。用光盘中提供的代码可以得到一个PE格式可执行文件的头信息。

由于在PE格式的文件中，所有的地址都使用RVA地址，所以一些函数调用和返回地址都要经过计算才可以得到。