EXE

MS-DOSの祖先にあたるCP/Mの実行ファイル形式「COMファイル」は、ファイルヘッダを持たず拡張性がなかった。

また、コード、データ、スタックの各セグメントが同一で、開始位置も0100Hに固定化されていた。

このままでは8086の機能を生かすことが出来なかったため、MS-DOSはファイルヘッダを持ったEXEファイルを新たに導入したのである。

WindowsでもEXEが拡張されて使われ、実行ファイルの他に、DLL、VxDなどにEXEのファイルフォーマットが使われている。

詳細は後述するが、EXEファイルは拡張が自在であり、様々な種類が存在する。

使用されるオペレーティングシステムには、次のようなものがある。

• MS-DOS
• Microsoft Windows
  • Win16
  • Win32
  • Win64
  • Windows CE
• OS/2

OSが異なれば同じ実行ファイルは使えない。

またひとえにWindows用と言っても、Win16と、Win32/Win64/Windows CEで形式が抜本的に異なっている。

• DOS実行形式 (MZ)
• New Executable (NE)
• Linear Executable (LE)
• Linear Executable (LX)
• Portable Executable (PE)
• WIN386.EXE (W3)
• VMM386.VXD (W4)

現在、EXEファイルで最も多いのはWindows用のEXEファイルであるので、それを例とする。

そのうち「PE」と呼ばれる、Win32用のファイルは、三つの部分から構成されている。

• MZスタブ
  • IMAGE_DOS_HEADER構造体
  • MS-DOS用スタブプログラム
• PEヘッダ
  • "PE\0\0"
  • IMAGE_FILE_HEADER構造体
  • IMAGE_OPTIONAL_HEADER32構造体
    • IMAGE_DATA_DIRECTORY構造体 (16個)
• セクションデータ
  • セクションヘッダ
  • .textセクション (ネイティブコード)
  • .dataセクション (グローバル変数)
  • .rsrcセクション (リソース)
  • (などなど)

元々MS-DOS用だったものを、拡張してWindowsで使っている。その拡張の一つがPE(Portable Executable)という形式で、UNIXで開発されたCOFFをベースとして作られた。

以下に、Wineのソースwinnt.hより、IMAGE_DOS_HEADER構造体を引用する。WORDは16ビット、DWORDは32ビットである。なお、Visual C++にもほぼ同じ内容の純正版が同じファイル名で存在する。

typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER {
    WORD  e_magic;      /* 00: MZ Header signature */
    WORD  e_cblp;       /* 02: Bytes on last page of file */
    WORD  e_cp;         /* 04: Pages in file */
    WORD  e_crlc;       /* 06: Relocations */
    WORD  e_cparhdr;    /* 08: Size of header in paragraphs */
    WORD  e_minalloc;   /* 0a: Minimum extra paragraphs needed */
    WORD  e_maxalloc;   /* 0c: Maximum extra paragraphs needed */
    WORD  e_ss;         /* 0e: Initial (relative) SS value */
    WORD  e_sp;         /* 10: Initial SP value */
    WORD  e_csum;       /* 12: Checksum */
    WORD  e_ip;         /* 14: Initial IP value */
    WORD  e_cs;         /* 16: Initial (relative) CS value */
    WORD  e_lfarlc;     /* 18: File address of relocation table */
    WORD  e_ovno;       /* 1a: Overlay number */
    WORD  e_res[4];     /* 1c: Reserved words */
    WORD  e_oemid;      /* 24: OEM identifier (for e_oeminfo) */
    WORD  e_oeminfo;    /* 26: OEM information; e_oemid specific */
    WORD  e_res2[10];   /* 28: Reserved words */
    DWORD e_lfanew;     /* 3c: Offset to extended header */
} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;

EXEファイルはCOMファイルとの区別のため、ファイルの先頭2バイトがマジックナンバーとなっており、0x5a4d(ASCIIで'MZ')または0x4d5a(同様に'ZM')のいずれかをe_magicとする。これは、MS-DOS 2.0の開発責任者の一人、Mark Zbikowskiのイニシャルに由来する。

Windowsでは、この構造体の情報は殆ど意味を持たない。なぜなら、e_lfanew以外のメンバは全て16ビットであり、32ビットや64ビットのアドレス情報などを記述することが出来ないからである。

Windowsで使うのはe_magicとe_lfanewだけで、e_lfanewには後述するPEヘッダの先頭アドレスを入れる。

EXEファイルが誤ってMS-DOS上で実行された時のためのプログラムが、MS-DOS用スタブプログラムである。

一般的には「This program cannot be run in DOS mode.」といった文字列を表示して終わる、簡単なプログラムである。

理論上は、ここにMS-DOSで機能するプログラムを入れれば、一つのファイルでMS-DOS・Windows共用の実行ファイルが出来る(はず)。

PE(Portable Executable)ヘッダは、IMAGE_NT_HEADERS32構造体で定義されている。

以下に、WINEのソースwinnt.hより、IMAGE_NT_HEADERS32構造体を引用する。

typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {
  DWORD Signature; /* "PE"\0\0 */              /* 0x00 */
  IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;                /* 0x04 */
  IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader;      /* 0x18 */
} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;

Signatureは、PEヘッダを表わすマジックナンバー「0x00004550」がリトルエンディアンで格納されている。

IMAGE_FILE_HEADER構造体がPEヘッダのヘッダ情報になる。

続いてIMAGE_OPTIONAL_HEADER32構造体があり、この中に更にIMAGE_DATA_DIRECTORY構造体が16個定義されている。

以下に、WINEのソースwinnt.hより、IMAGE_FILE_HEADER構造体を引用する。

typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
  WORD  Machine;
  WORD  NumberOfSections;
  DWORD TimeDateStamp;
  DWORD PointerToSymbolTable;
  DWORD NumberOfSymbols;
  WORD  SizeOfOptionalHeader;
  WORD  Characteristics;
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;

Machineは、CPUの種類など、想定する環境を指定する番号である。例えば、通常のi386以降のIA-32プロセッサ用であれば、その値はIMAGE_FILE_MACHINE_I386、つまり0x014cになる。