四、静态链接

1.源代码(a.c b.c)

extern int shared;

int main()
{
        int a = 100;
        swap( &a, &shared );
        return 0;
}

int shared = 1;

void swap( int *a, int *b )
{
        *a = *a ^ *b;
        *b = *a ^ *b;
        *a = *a ^ *b;
}

结合$ readelf -S和$ readelf -s的输出，可以获取到两个目标文件的Section信息和symbol信息等

2.空间和地址分配

目标文件a.o和b.o链接输出可执行文件ab，它们的Section是如何合并到输出文件中的？输出文件和虚拟内存中的地址和空间又是如何分配的？

• 相似段合并
  • 空间与地址分配
    扫描所有的目标文件，获取各个Section的长度、属性和位置，收集符号表中的所有符号定义和符号引用；合并，计算出输出文件中各个段合并后的位置和长度，并建立映射关系
  • $ ld a.o b.o -e main -o ab -melf_i386

$ objdump -h a.o b.o ab

a.o:     file format elf32-i386

Sections:
Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  0 .text         0000002c  00000000  00000000  00000034  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
  1 .data         00000000  00000000  00000000  00000060  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  2 .bss          00000000  00000000  00000000  00000060  2**2
                  ALLOC
  3 .comment      0000002b  00000000  00000000  00000060  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  4 .note.GNU-stack 00000000  00000000  00000000  0000008b  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  5 .eh_frame     00000038  00000000  00000000  0000008c  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA

b.o:     file format elf32-i386

Sections:
Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  0 .text         00000038  00000000  00000000  00000034  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  1 .data         00000004  00000000  00000000  0000006c  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  2 .bss          00000000  00000000  00000000  00000070  2**2
                  ALLOC
  3 .comment      0000002b  00000000  00000000  00000070  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  4 .note.GNU-stack 00000000  00000000  00000000  0000009b  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  5 .eh_frame     00000038  00000000  00000000  0000009c  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA

ab:     file format elf32-i386

Sections:
Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  0 .text         00000064  08048094  08048094  00000094  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  1 .eh_frame     00000058  080480f8  080480f8  000000f8  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  2 .data         00000004  08049150  08049150  00000150  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  3 .comment      0000002a  00000000  00000000  00000154  2**0
                  CONTENTS, READONLY

从合并后的文件ab可以看出，合并的各个段已经在虚拟内存中分配了地址(VMA)

• 符号地址的确定
  • 符号解析与重定位
    使用第一步收集到的所有信息，读取输入文件中的Section的数据、重定位信息，进行符号解析与重定位、调整代码中的地址
  • 经过相似段合并过程，各个段在虚拟地址空间中的地址已经确定了，各个符号定义 的地址也已经确定了(段的虚拟地址加上符号定义的偏移量)
  • 重定位过程是针对代码中的符号引用的地址的修改

$ objdump -d a.o ab   部分结果，主要是main函数

a.o:     file format elf32-i386

Disassembly of section .text:

00000000 <main>:
   0:   55                      push   %ebp
   1:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
   3:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
   6:   83 ec 20                sub    $0x20,%esp
   9:   c7 44 24 1c 64 00 00    movl   $0x64,0x1c(%esp)
  10:   00 
  11:   c7 44 24 04 00 00 00    movl   $0x0,0x4(%esp)       对shared变量的引用
  18:   00 
  19:   8d 44 24 1c             lea    0x1c(%esp),%eax
  1d:   89 04 24                mov    %eax,(%esp)
  20:   e8 fc ff ff ff          call   21 <main+0x21>       对swap函数的调用
  25:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  2a:   c9                      leave  
  2b:   c3                      ret    

ab:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

08048094 <main>:
 8048094:       55                      push   %ebp
 8048095:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
 8048097:       83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
 804809a:       83 ec 20                sub    $0x20,%esp
 804809d:       c7 44 24 1c 64 00 00    movl   $0x64,0x1c(%esp)
 80480a4:       00 
 80480a5:       c7 44 24 04 50 91 04    movl   $0x8049150,0x4(%esp)    对shared变量的地址引用&shared
 80480ac:       08 
 80480ad:       8d 44 24 1c             lea    0x1c(%esp),%eax
 80480b1:       89 04 24                mov    %eax,(%esp)
 80480b4:       e8 07 00 00 00          call   80480c0 <swap>   对swap函数的调用
 80480b9:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
 80480be:       c9                      leave  
 80480bf:       c3                      ret 

c7 44 24 是movl指令，后边的4个字节是地址，可以看到链接过程，对符号地址做了重定位修正

重定位过程的完成需要重定位表的协助，.text的重定位表是.rel.text

• 重定位表每一个表项的结构体

typedef struct
{
 Elf32_Addr    r_offset;       /* Address */
 Elf32_Word    r_info;         /* Relocation type and symbol index */
} Elf32_Rel;

offset 代表相对于要修正的段的偏移地址，r_info 包含了重定位符号的信息(符号表的下标)