GNU LD 手冊略讀 (1): Chapter 3 ~ Chapter 3.5
本篇目錄
Linker script 格式概論
- 以文字檔存放
- 由多個command組成
- command可能是
- keyword + 參數
- 設定symbol
- ...
- keyword + 參數
- command 可以用
;分開，空白會被忽略 - 使用/ .. /註解
- 字串直接打，如果有用到script保留的字元如
.可以用"包住
從Linker script 範例開始
SECTIONS
{
. = 0x10000;
.text : { *(.text) }
. = 0x8000000;
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss) }
}
這個抄來的範例很簡單，只有一個命令SECTIONS。SECTIONS是用來描述執行的時候記憶體的規劃配置（layout）。
說明這個指令細節
.表示記憶體位置counter，起始值為0。結束值則由linker 計算把所有input section的資料整合到output section的長度。而.如果沒有指定明確的記憶體位址的話，就會被設定為上一個位址counter的結束位址。參考示意圖: (Jim Huang) How GNU Toolchain Works投影片 。- 設定記憶體位置counter為0x10000
- 接下來請把所有輸入object檔案的程式機械碼中(
{ *(.text) })存放到輸出object檔案的.textsection中。 - 接設定記憶體位置counter為0x8000000
- 先放有初始值的全域變數（.data）
- 再放沒有初始值的全域變數（.bss）
另外要注意的是ld會自動幫你處理alignment的問題，所以不用擔心section之間的aligment問題。
linker script 命令格式
ENTRY(symbol)- 設定某個symbol為程式執行的第一個指令起始點，在我的預設linker script中是
ENTRY(_start)，然後去反組譯隨便一個C編譯出來的執行檔，找字串_start可以看到裡面又去呼叫了__libc_start_main@plt。
- 設定某個symbol為程式執行的第一個指令起始點，在我的預設linker script中是
Disassembly of section .text:
0000000000400440 <_start>:
400440: 31 ed xor %ebp,%ebp
400442: 49 89 d1 mov %rdx,%r9
400445: 5e pop %rsi
400446: 48 89 e2 mov %rsp,%rdx
400449: 48 83 e4 f0 and $0xfffffffffffffff0,%rsp
40044d: 50 push %rax
40044e: 54 push %rsp
40044f: 49 c7 c0 c0 05 40 00 mov $0x4005c0,%r8
400456: 48 c7 c1 50 05 40 00 mov $0x400550,%rcx
40045d: 48 c7 c7 2d 05 40 00 mov $0x40052d,%rdi
400464: e8 b7 ff ff ff callq 400420 <__libc_start_main@plt>
400469: f4 hlt
40046a: 66 0f 1f 44 00 00 nopw 0x0(%rax,%rax,1)
檔案相關命令
INCLUDE filename- 在看到這個命令的時候才去載入
filename這個linker script。可以被放在不同的命令如SETCTION, MEMORY等。
- 在看到這個命令的時候才去載入
INPUT(file1 file2 ...)- 指定載入的輸入object檔案，如abc.o這樣的檔案。
GROUP(file1 file2 ...)- 指定載入的輸入archieve檔案，如libabc.a這樣的檔案。
AS_NEEDED(file1 file2 ...)- 在
INPUT和GROUP使用的命令，用來告訴linker說如果object裡面的資料有被reference到才link進來，猜測應該可以減少儲存空間。範例（未測試請自行斟酌）：INPUT(file1.o file2.o AS_NEEDED(file3.o file4.o))
- 在
OUTPUT(filename)- 和
gcc -o filename一樣
- 和
SEARCH_DIR(path)- 和
-L path一樣
- 和
STARTUP(filename)- 和INPUT相同，唯一差別是ld保證這個檔案一定是第一個被link
Object檔案相關格式命令
OUTPUT_FORMAT(bfdname)- 指定輸出object檔案的binary 檔案格式，可以使用
objdump -i列出支援的binary 檔案格式
- 指定輸出object檔案的binary 檔案格式，可以使用
OUTPUT_FORMAT(default, big, little)- 指定輸出object檔案預設的binary 檔案格式，big endian的binary 檔案格式以及little endian的binary 檔案格式。可以使用
objdump -i列出支援的binary 檔案格式
- 指定輸出object檔案預設的binary 檔案格式，big endian的binary 檔案格式以及little endian的binary 檔案格式。可以使用
TARGET(bfdname)- 告訴ld用那種binary 檔案格式讀取輸入object檔案要，可以使用
objdump -i列出支援的binary 檔案格式
- 告訴ld用那種binary 檔案格式讀取輸入object檔案要，可以使用
設定記憶體區塊alias命令
REGION_ALIAS(alias, region)- 設定
MEMORY命令中區塊的alias，一般來說，用在不同的平臺需要相同的memory layout時可以使用。舉例來說，當有3個平臺，記憶體layout都是相同，那麼可以- 將他們平臺相關的記憶體區塊
MEMORY命令寫在個別的檔案如linkcmds.memory - 設定相同的alias
- 在主要的linker script 使用
INCLUDE載入linkcmds.memory，並且直接使用alias當作一般的區塊使用。
- 將他們平臺相關的記憶體區塊
- 設定
詳細的範例說明可以看這邊
INCLUDE linkcmds.memory
SECTIONS
{
.text :
{
*(.text)
} > REGION_TEXT
.rodata :
{
*(.rodata)
rodata_end = .;
} > REGION_RODATA
.data : AT (rodata_end)
{
data_start = .;
*(.data)
} > REGION_DATA
data_size = SIZEOF(.data);
data_load_start = LOADADDR(.data);
.bss :
{
*(.bss)
} > REGION_BSS
}
未分類的命令 (節錄）
ASSERT(exp, message)- 條件不成立就噴訊息並結束link
EXTERN(symbol1 symbol2 ...)- 強迫讓指定的symbol設成undefined，手冊說一般用在刻意要使用非標準的API。例如自幹printf時可以用這個命令。 (不過變成了undefine symbol怎麼link??)
FORCE_COMMON_ALLOCATION- 手冊和男人說和相容性有關，手冊上是說強迫分配空間給common symbols，即使是link relocate檔案。(common symbols不知道是什麼)
OUTPUT_ARCH(bfdarch)- 指定輸出的平臺，可以透過
objdump -i查詢支援平臺
- 指定輸出的平臺，可以透過
INSERT [ AFTER | BEFORE ] output_section- 指定在預設linker script命令被執行之前或是之後加上或加入特定的輸入section到輸出section。以下是一個範例
SECTIONS
{
OVERLAY :
{
.ov1 { ov1*(.text) }
.ov2 { ov2*(.text) }
}
}
INSERT AFTER .text;
設定symbol的值
linker script提供設定symbol數值的方法。要注意的是，這邊的symbol可以指一個全域變數、SECTION命令中的location counter（就是.開頭的資料如.text）
使用方式介紹如下：
基本運算
symbol = expression ;
symbol += expression ;
symbol -= expression ;
symbol *= expression ;
symbol /= expression ;
symbol <<= expression ;
symbol >>= expression ;
symbol &= expression ;
symbol |= expression ;
關於expression是三小後面會再討論。
floating_point = 0;
SECTIONS
{
.text :
{
*(.text)
_etext = .;
}
_bdata = (. + 3) & ~ 3;
.data : { *(.data) }
}
從這邊可以看到幾種assign
- 設定全域變數
floating_point的symbol為0 - 設定全域變數
_etext的值為輸入object檔案.text合體後的offset，個人猜測可以理解成end of text。(回顧一下.是offset counter) - 設定全域變數
_bdata的值為輸出object檔案.text結尾的offset 的4的倍數位址。這邊透露兩個資訊- 個人猜測可以理解成begin of data
- 四的倍數和alignment的問題應該有關聯。
HIDDEN命令
HIDDEN(要隱藏的symbol)可以把他理解成加了static的全域變數，也就是說這個symbol只在這個處理範圍中才能摸到。
PROVIDE命令
PROVIDE命令(symbol = expression)- 簡單來說，如果你的程式已經有這個symbol（函數或變數），就用你的；否則就使用這邊提供的symbol。手冊上說是給特殊的linker使用的。想知道他提的use case可以看這邊，我是沒什麼感覺。
PROVIDE_HIDDEN命令
PROVIDE_HIDDEN(symbol = expression)- 和PROVIDE命令相同，差別是這個symbol只在這個處理範圍中才能摸到，一如HIDDEN命令。
談談source code和linker script symbol的關係
這節很有趣，解答我的一些小問題。
- 變數如何存放在binary中？
- 先把變數名稱放入symbol table內，換句話說symbol table會多一筆資料。這筆資料的欄位有
- symbol的位址
- symbol的flags
- symbol屬於哪個SECTION
- symbol佔的記憶體空間或是alignment規範
- symbol的名稱
- 典型的symbol table 資料：C語言的main()
* `00000000004005ed g F .text 0000000000000101 main` - 而symbol的flag有7個groups
- Group 1:
l: localg: globalu: unique global，GNU 用於ELF時的 symbol binding extenstion!: 既是global也是local
- Group 2:
w: weak symbol<空白>: strong symbol
- Group 3:
C: symbol 是一個constructor (不知道這邊constructor是指那個東西? )<空白>: 一般 symbol
- Group 4:
W: warning symbol (不知道是三小)<空白>: 一般 symbol
- Group 5:
I: 間接地reference其他的symboli: relocate 時要處理的function<空白>: 一般 symbol
- Group 6:
D: dynamic symbol (不知道是三小)d: debug symbol<空白>: 一般 symbol
- Group 7:
F: 這是一個functionf: 這是一個檔案O: 這是一個object<空白>: 一般 symbol
- Group 1:
- 如果有初始值，順便設定初始值。
- 先把變數名稱放入symbol table內，換句話說symbol table會多一筆資料。這筆資料的欄位有
- 程式語言的取值
foo = 100runtime發生什麼事？- 先去symbol table找foo存在記憶體的位址，把那個位址依照symbol table的size規則將100寫入該位址。
- 程式語言的取值
ptr = &fooruntime發生什麼事？- 先去symbol table找foo存在記憶體的位址，把那個位址寫到ptr在symbol table對應的記憶體。
- symbol在symbol table中存放第一個欄位是symbol的值，而這個值是一個位址。
- 在linker script設定的symbol如
foo = 100和在程式碼中轉出的symbol如foo = 100差別在那？- linker script的100代表的是symbol的位址，而程式碼中轉出的symbol的100代表的是foo對應記憶體存放的值。
- 如何從C語言程式碼中摸到linker script內定義的symbol?
- 要先知道symbol名稱
- 在程式碼中extern該symbol，型態為char。
- 要知道symbol只是一個位址，所以要存取就要取位址。
- 可以參考以前測試的範例：Linux中使用C語言載入data object 檔案資料
- 另外有趣的是似乎section的symbol對應的位址不一定是隻當位址使用。詳細測試在這邊：Linux中使用C語言載入data object 檔案資料 (續）
- 我可以反方向從linker script摸程式碼的symbol
- 不一定，不同的程式語言和編譯器有不同的變數和函數命名方式，也就是說你原始程式碼的symbol名稱可能不是最後存在輸出object檔案的symbol 名稱。