什么是可执行文件（EXE 文件）？

在计算机领域，可执行文件，通常称为EXE 文件，在各种操作系统结构上执行应用程序起着关键作用。可执行文件是一种二进制文件，其中包含计算机中央处理器 (CPU) 的机器码指令。本评估将详细深入探讨 EXE 文件的解释，探索其格式、功能和在全球软件中的重要性。

可执行文件，在 Windows 操作系统 中用 .exe 文件扩展名表示，是一种二进制文件，其中包含计算机软件运行所需的功能和数据。这些文件是人类可读源代码与 CPU 可直接使用的系统代码之间的桥梁。当用户开始执行 EXE 文件时，操作系统会将程序加载到内存中，并将控制权转移到其起始点，从而开始程序的执行。

EXE 文件结构

理解 EXE 文件的内部结构对于理解程序是如何执行的是很重要的。EXE 文件通常包含多个部分，每个部分都有特定的功能

1. 标题（Header）： EXE 文件的标题包含有关文件的关键数据，包括其大小、必须加载到内存中的位置以及入口点，即程序的起始地址。
2. 文本（代码）部分（Text (Code) Section）： 这部分包含 CPU 将要执行的已编译机器码指令。它定义了可执行程序的核心逻辑和功能。
3. 数据部分（Data Section）： 数据部分存储程序在执行期间使用到的静态数据。这可以包括程序运行所需的各种数据结构、常量和变量。
4. 资源部分（Resource Section）： 此部分包含图像、图标和其他非可执行数据等资源。应用程序可以在运行时系统中使用它们，用于多种目的，例如显示图形元素。
5. 导入和导出表（Import and Export Tables）： 应用程序使用的函数和库（导入）以及提供给其他程序的函数和库（导出）都列在这些表中。导入表使操作系统能够使用该系统查找和加载外部库。
6. 重定位表（Relocation Table）： 如果程序加载的内存地址与标题中指定的地址不同，则必须更改有关内存地址的信息，而此信息包含在重定位表中。

EXE 文件的进阶结构

EXE 文件包含各种重要组件，程序员和安全专家需要检查程序功能。EXE 文件中的进阶部分有助于提高性能质量和调试功能。

1. 元数据和调试信息

版本号、作者信息和数字签名等详细软件信息存储在元数据中。程序行为分析和崩溃修复以及性能增强依赖于开发人员的调试信息。

• PDB 文件（程序数据库文件）： 程序数据库文件（PDB 文件）是独立的，用于存储调试符号，同时保持（EXE）文件的高效和紧凑。调试器使用这些文件来检测程序中的编程错误。
• 文件版本： 元数据包括不同的软件版本以及构建号和发布日期。通过此系统可以跟踪软件更新并检测兼容性问题。

2. 线程局部存储（TLS）部分

多线程程序中的每个线程都需要单独的数据副本，以防止冲突。TLS 部分为每个线程提供独立的数据。

• 用例： TLS 功能对 Web 服务器应用程序和游戏引擎很有益，因为这些系统执行并发任务。在此系统中，不同的线程保持独立运行。

了解 EXE 文件进阶部分的软件开发人员可以提高程序速度、及时解决 bug 并改进系统安全性。程序安全分析师利用他们在 EXE 文件方面的专业知识来识别危险的软件行为。

执行过程

当用户双击 EXE 文件或通过命令行启动其执行时，操作系统会负责执行过程。该活动序列包括：

1. 加载： 操作系统将 EXE 文件加载到内存中，确保所有必要的部分都已正确映射。
2. 地址解析： 操作系统解析任何外部进程或库的地址，特别是在导入表中，允许该系统访问外部源。
3. 执行： 将控制权转移到标题中指定的入口点，开始执行程序代码。CPU 解释并执行存储在文本部分中的机器码命令。
4. 运行时交互： 程序在执行期间与用户和系统进行交互，利用存储在 EXE 文件相应部分中的数据和资源。

EXE 文件是如何创建的？

将源代码开发成可执行文件（EXE）的过程包括三个阶段：编译、链接和加载。在每个阶段，代码都需要从原始的人类可读格式转换为机器可读格式。

1. 编译过程

用 C、C++ 或 Java 编写的程序在生成机器码之前需要进行编译。源代码转换为机器码的过程会经过多个程序阶段：

• 词法分析： 在第一阶段，编译器通过将源代码分解成更小的组件来将其转换为标记。编译过程首先通过标记识别单个元素，这些标记包括关键字（if, for, while）、标识符（变量名）、运算符（+, -, *）和符号（括号、逗号）。在此阶段之后，必须存在正确的代码结构才能继续处理。
• 语法分析（Parsing）： 在此阶段，编译器会评估标记是否根据编程语言的标准正确排列。语法错误会导致生成错误消息，阻止程序执行，直到语法问题得到正确解决。
• 代码优化： 在验证语法后，编译器会将程序代码转换为更高效的版本。优化技术包括：
  • 消除对程序性能没有影响的编程指令。
  • 代码优化旨在提高循环执行速度。
  • 通过减少内存需求，程序获得更好的资源效率。

在优化过程中，编译器会生成机器码，并将其放入目标文件中。此时生成的文件仍然是不可执行的。对于 Windows 平台，编译器将文件存储为 .obj 扩展名；对于 Linux 操作系统，则存储为 .o 扩展名。目标文件生成后将进入链接过程。

2. 链接和加载

在链接过程中，组合后的编译代码会接收其所需的文件以生成可执行文件。链接有两种不同的形式：

• 静态链接： 通过静态链接构建的程序会将所需的库及其依赖项嵌入到最终的可执行 EXE 文件中。这种方法会导致文件大小增大，但程序在不依赖外部文件的情况下仍然完全可运行。当程序的可移植性很重要时，静态链接就很有价值，因为它允许程序在不需要额外文件附件的情况下在各种系统上运行。
• 动态链接： 动态链接中的 EXE 文件仅包含对外部动态链接库（DLL）的程序引用。使用这种方法，文件大小会变小，并且多个程序可以访问相同的库文件。当必要的 DLL 文件不存在时，程序将面临运行问题，因为这会阻止它们启动。

成功链接后，用户将获得一个可执行的最终 EXE 文件。该应用程序在运行前需要加载到内存中。

操作系统在其结构中包含一个加载器组件，该组件在程序启动后执行内存中的 EXE 文件。在程序执行开始之前，加载器会满足依赖项要求，同时在计算机系统中分配内存空间。

跨平台注意事项

虽然 .exe 扩展名通常与 Windows 相关，但其他操作系统使用不同的可执行文件格式。例如，Linux 和类 Unix 系统使用没有特定扩展名的文件，或者文件以 .out 或 .elf 结尾。同样，macOS 使用没有扩展名的文件，或者文件以 .app 结尾。

可以通过使用虚拟机、容器化或交叉编译策略来实现跨平台兼容性。虚拟机通过使用模拟环境允许为一种操作系统设计的程序在任何其他操作系统上运行。容器化，借助 Docker 等工具，将应用程序及其依赖项封装在容器中，使其可以在各种系统之间移植。交叉编译涉及为不同的平台编译目标代码，以确保兼容性。

可执行文件发展史

在操作系统引入 .exe 文件加载协议之前，第一台计算机通过穿孔卡片和磁带存储其软件。从 DOS 开始的操作系统为应用程序启动实现了 .exe 文件。MZ（Mark Zbikowski）格式是第一个可执行格式，以开发 MS-DOS 可执行文件的开发者的名字命名。

当 Windows NT 进入市场时，可移植可执行文件（PE）成为 Windows 软件程序的标准文件格式。较新的 PE 系统取代了 MZ 可执行文件，同时保持了与当前计算框架的兼容性。

随着图形用户界面的首次推出，可执行文件演变成了越来越复杂的结构。新的可执行文件带有图标、多媒体元素和对话框。可执行文件从 16 位编程过渡到 32 位以及 64 位兼容性。

格式转换为可移植可执行文件（PE）使程序能够访问更多内存资源并以更高的速度运行，从而创建了强大、高效的现代软件应用程序。

EXE 文件的执行环境

EXE 文件的执行环境包括所有必要的系统配置，以确保正常运行。为了使 EXE 文件能够正常执行，用户需要正确的文件格式以及所有必要的依赖项和系统组件。

1. 可移植可执行文件（PE）格式

Windows 使用 PE 格式作为 Windows EXE 文件的标准格式。该格式为可执行文件指定了默认结构，以确保不同版本的 Windows 在底层操作系统上支持其执行。PE 格式包含以下组件：

• DOS 标题：此部分使 MS-DOS 系统能够识别和使用可执行文件。
• NT 标题：NT 标题部分显示了关于可执行内存加载方法的所有必要信息，包括入口点、内存组织规范和执行设置配置。
• 节标题：描述 EXE 文件的不同部分，例如：
• 程序指令存在于文件的代码部分。
• 静态变量驻留在文件的数据部分。图标、图像和 UI 组件属于资源部分。

2. 依赖管理

EXE 文件需要不同的系统组件和多个库才能正常运行。这些依赖项通过以下方式进行管理：

• DLL 文件（动态链接库）：DLL 文件（动态链接库）充当可执行代码部分的共享存储库，使多个程序能够共享函数，同时保持 EXE 文件紧凑并最大限度地减少程序组件的重复。
• 清单文件：基于 XML 的清单文件包含兼容性定义、安全权限和所需特权，以在各种 Windows 环境中保持顺畅运行。

正确处理依赖关系可确保 EXE 文件保持稳定性和安全性，同时实现系统范围的效率。

EXE 文件的常见问题

当用户尝试启动 EXE 文件时，他们会遇到运行问题，原因可能是文件损坏、软件损坏或 EXE 文件与其操作系统之间的兼容性障碍。

1. 损坏与修复

EXE 文件可能因硬盘故障、恶意软件攻击和文件下载问题而损坏。损坏会导致用户遇到以下问题以及更多问题：

• 用户在尝试启动程序时会收到“应用程序无法启动”系列错误消息。
• 启动时，程序无法打开并出现意外崩溃。
• EXE 文件由于错误提示缺少重要文件或缺少必需的 DLL 文件而无法启动。

用户可以通过以下方法解决损坏的 EXE 文件：

• 执行系统文件检查器：用户需要打开命令提示符并执行 sfc /scannow 来通过系统文件检查器扫描和修复系统文件。
• 卸载程序并重新安装：移除软件然后重新安装，可以帮助用户获得一个未损坏的新 EXE 文件。
• 恢复设备：系统还原可以解决问题，因为它允许用户将系统恢复到以前的状态。

2. 兼容性问题

旧版本的 Windows 不支持执行为早期操作系统平台创建的 EXE 文件。要解决此问题，用户可以：

• 使用兼容模式运行程序：右键单击 EXE 文件，然后访问“属性”>“兼容性”，用户应在此选择一个旧的 Windows 版本。
• 使用虚拟化工具：用户可以使用包括 Windows Hyper-V 和 VirtualBox 在内的虚拟化工具，通过虚拟机运行旧版本的 Windows。
• 包含所需的依赖项：在运行某些 EXE 文件之前必须安装所需的依赖项，因为它们需要 .NET Framework、Visual C++ 可再发行组件和 DirectX 等程序。

在解决完这些 Windows 版本之间的兼容性问题后，EXE 文件将正常运行。

处理 EXE 文件的工具

系统管理员、安全研究人员以及开发人员会使用 EXE 文件进行分析、修改（如有必要）和执行系统故障排除工作。专门的应用程序工具可以在逆向工程活动和系统维护过程中显示和管理 EXE 文件数据。

1. 十六进制编辑器

通过十六进制编辑器，用户能够检查和修改 EXE 文件中包含的未转换的二进制代码。用户可以使用这些工具访问十六进制文件显示，这使他们能够执行修改来解决文件问题。一些流行的十六进制编辑器包括：

• HxD：HxD 为用户提供了一个易于访问、轻量级的十六进制数据编辑工具。
• Hex Workshop：Hex Workshop 提供专业功能，允许用户查看文件，同时执行校验和并执行位修改。
• WinHex：用户使用 WinHex 进行安全调查和 EXE 数据修复任务，以及 EXE 文件修改。

用户可以通过编辑文件数据来修改程序指令，并使用十六进制编辑器修复 EXE 文件中包含的错误。

2. 反汇编器和调试器

反汇编器和调试器将 EXE 文件的机器代码转换为编程语言指令，使用户能够通过逆向工程理解软件。软件调试器允许用户检测安全问题，而这些工具则有助于调试软件程序并帮助用户研究程序功能。一些常用的工具有：

• IDA Pro：IDA Pro 是一个强大的工具，可将机器代码转换为汇编语言，以简化软件漏洞的识别。
• OllyDbg：OllyDbg 充当调试工具，监控 EXE 文件执行情况，检查内存使用情况以检测安全威胁。

这些工具是程序开发人员、网络安全专家和恶意软件分析师的基本资源，可以简化他们处理可执行文件的过程。

与 EXE 文件相关的安全风险

可执行（EXE）文件在应用程序执行方面的重要功能，当黑客利用它们分发恶意软件、勒索软件和木马时，就会变得危险。为了维护系统安全，人们必须了解所有风险并采取必要的预防措施。

1. 涉及 EXE 文件的常见威胁

• 病毒和蠕虫：某些 EXE 文件能够未经人类操作而自我复制，并通过网络传播以攻击不同类型的软件。
• 木马：当用户打开看起来正常的程序时，黑客会利用木马将自己伪装成无害的应用程序，从而获得系统访问权限。
• 勒索软件：勒索软件的执行会导致用户数据被加密，然后要求支付解密费用。
• 间谍软件和键盘记录器：当恶意 EXE 文件嵌入间谍软件和键盘记录器以监控用户操作时，个人信息（包括密码和信用卡详细信息）就会面临风险。

2. 恶意 EXE 文件如何传播

• 网络钓鱼邮件：黑客通过包含恶意 EXE 附件的伪造电子邮件进行分发，这些附件通常伪装成简历、发票或软件更新。
• 自动下载：被入侵的网站经常会自动为访问它们的受害者安装有害的 EXE 文件。
• 盗版软件：破解软件程序中包含隐藏的病毒会导致系统感染。
• USB 外部驱动器：USB 设备可能携带带有自动执行文件的病毒，这些病毒会在计算机连接 USB 时自动启动。

3. 防范恶意 EXE 文件

通过用户和组织应遵循的这些安全措施，可以降低风险。

• 使用防病毒和反恶意软件应用程序：在执行前，应使用防病毒和反恶意软件程序扫描 EXE 文件。
• 启用用户帐户控制 (UAC)：系统更改需要用户帐户控制权限才能激活，因为它保护系统免受未经授权的修改。
• 检查数字签名：EXE 文件上的数字签名来自真实软件发布者，是其基本安全标准的一部分。请注意未签名的文件。
• 验证系统维护程序：系统必须保持最新的软件和操作系统更新，因为这些更新提供了修复程序，可禁用漏洞并阻止恶意软件攻击。
• 禁用自动运行：通过禁用自动运行功能，可以防止在 USB 驱动器上自动执行 EXE 文件。
• 用户意识：员工和个人必须掌握基本的技能来识别网络钓鱼攻击，同时避免获取来自未知来源的文件。

分析 EXE 文件的方法

检查 EXE 文件对于恶意软件调查、软件测试、调试需求和程序开发要求至关重要。有两种主要方法：

静态与动态方法

• 静态方法：使用静态分析方法监视 EXE 文件，即分析师不运行任何文件。PEiD 和 Dependency Walker 等工具为用户提供有关程序结构、识别导入库和潜在安全威胁的重要信息。
• 动态方法：在动态分析测试期间，EXE 文件会在安全的沙箱环境中运行以监视其活动。通过 Process Monitor 和 Wireshark 的结合，系统可以识别未经授权的行为，它们会监视网络通信并跟踪系统活动。

结论

总之，可执行文件（EXE 文件）是许多操作系统上软件程序包执行的基础。了解它们的格式、目的和执行方法可以让我们了解程序的关键功能。

常见问题

1. 什么是 EXE 文件，它有什么作用？

EXE 文件或“可执行文件”被归类为在 Windows 上使用的程序文件。只需双击它，操作系统就会预加载它，执行其命令，并启动应用程序。EXE 文件也用于安装和执行软件。

2. 打开 EXE 文件时它是如何工作的？

一旦执行 EXE 文件，Windows 首先读取标题，分配空间，并加载所有必需的资源。接下来，它查找任何依赖项，例如 DLL 文件，并执行程序的命令。这个过程有助于确保所有软件都能顺利运行。

3. 打开 EXE 文件安全吗？

EXE 文件类型提供了有用的功能，但也存在安全风险。由于它们充当病毒的宿主，许多 EXE 文件需要谨慎处理。仅从受信任的来源打开文件，并检查数字签名以及使用防病毒软件扫描它们。为了确保安全，用户应避免下载来自未知来源的电子邮件中的 EXE 文件，或访问不可信网站上的文件。

4. 为什么我的 EXE 文件无法运行？

EXE 文件的执行可能由于文件损坏或缺少必要文件而失败，同时软件也可能在不兼容的系统上无法正常运行。运行问题的解决方案包括重新安装软件，同时确保系统中存在 .NET Framework 和 Visual C++ 可再发行组件，并为旧应用程序调用 Windows 兼容模式。系统文件检查器（命令为 sfc /scannow）会执行检查以解决系统相关问题。

5. 我可以在 macOS 或 Linux 上运行 EXE 文件吗？

以 Windows 为中心的 EXE 文件可以通过 Wine 软件和虚拟机（包括 VirtualBox）在 Mac 和 Linux 机器上运行。开发团队可以生成不同的文件类型，包括 macOS 的 .app 以及 Linux 的 ELF 二进制文件。