csapp3e 第七章 链接

链接

       链接步骤：符号解析，同节合并，确定地址，修改引用。

7.1编译器驱动程序

7.2静态链接

       链接器完成连两个主要任务，1. 符号（函数，全局变量，静态变量）解析，2. 重定位。

       符号解析：编译器将定义的符号存放在一个符号表（symbol table）中，将每个符号的引用都与一个确定的符号定义建议关联。

       重定位：将多个代码段和数据段合并为一个单独的代码段和数据段，计算每个定义的符号在虚拟地址空间的绝对地址，将执行文件中的符号引用处的地址修改为重定位后地址信息。

7.3目标文件

7.4可重定位目标文件

       介绍了该文件格式。

7.5符号和符号表

       1. 全局符号：本模块定义，其他模块引用（非static函数，非static全局变量）。

       2. 外部符号：其他模块定义，本模块引用（其他模块定义的非static函数，非static全局变量）。

       3. 局部符号：定义在本模块，本模块到处可以使用的独有符号（static函数，static全局变量）。

       有趣的是，使用C静态属性定义的本地过程变量不会在堆栈上进行管理。 相反，编译器为这变量在.data或.bss分配每个定义的空间，并在符号表中使用唯一名称创建本地链接器符号。【COMMON 未初始化的全局变量   .bss 未初始化静态变量，以及初始化为0的全局或静态变量。】

       学会利用static对其他模块隐藏变量和函数。

7.6符号解析

       开始E、U、D为空，首先扫描main.o，把它加入E， 同时把myfun1加入U，main加入D。接着扫描到 mylib.a，将U中所有符号（本例中为myfunc1）与 mylib.a中所有目标模块（myproc1.o和myproc2.o ）依次匹配，发现在myproc1.o中定义了myfunc1 ，故myproc1.o加入E，myfunc1从U转移到D。在 myproc1.o中发现还有未解析符号printf，将其加到 U。不断在mylib.a的各模块上进行迭代以匹配U中的 符号，直到U、D都不再变化。此时U中只有一个未解 析符号printf，而D中有main和myfunc1。因为模块 myproc2.o没有被加入E中，因而它被丢弃。接着，扫描默认的库 文件libc.a，发现其目 标模块printf.o定义了 printf，于是printf也 从U移到D，并将 printf.o加入E，同时 把它定义的所有符号 加入D，而所有未解 析符号加入U。 处理完libc.a时，U一定是空的。

 

       符号解析后的结果是什么？

E中有main.o和swap.o两个模块！D中有所有定义的符号！ 在main.o和swap.o的重定位条目中有重定位信息，反映符号引用的位置、绑定的定义符号名、重定位类型

7.6.1链接器如何解析多重定义的全局符号

       函数和初始化的全局变量是强符号，未初始化的全局变量是弱符号。

7.6.2与静态库链接

7.6.3链接器如何使用静态库来解析引用

7.7重定位

符号解析完成后，可进行重定位工作，分三步

• 合并相同的节

– 将集合E的所有目标模块中相同的节合并成新节

例如，所有.text节合并作为可执行文件中的.text节

• 对定义符号进行重定位（确定地址）

– 确定新节中所有定义符号在虚拟地址空间中的地址

例如，为函数确定首地址，进而确定每条指令的地址，为变量确

定首地址

– 完成这一步后，每条指令和每个全局或局部变量都可确定地址

• 对引用符号进行重定位（确定地址）

– 修改.text节和.data节中对每个符号的引用（地址）

需要用到在.rel_data和.rel_text节中保存的重定位信息

       重定位节和符号定义。

       重定位节中的符号引用。

7.7.1重定位条目

7.7.2重定位符号引用

7.8可执行目标文件

7.9加载可执行目标文件

7.10动态链接共享库

动态链接可以按以下两种方式进行：

• 在第一次加载并运行时进行 (load-time linking). – Linux通常由动态链接器(ld-linux.so)自动处理

– 标准C库 (libc.so) 通常按这种方式动态被链接

• 在已经开始运行后进行(run-time linking). – 在Linux中，通过调用 dlopen()等接口来实现

• 分发软件包、构建高性能Web服务器等

       优点

在内存中只有一个备份，被所有进程共享，节省内存空间

一个共享库目标文件被所有程序共享链接，节省磁盘空间

共享库升级时，被自动加载到内存和程序动态链接，使用方便

共享库可分模块、独立、用不同编程语言进行开发，效率高

第三方开发的共享库可作为程序插件，使程序功能易于扩展

7.11从应用程序中加载和链接共享库

7.12位置无关代码

 (1) 模块内部函数调用或跳转

• 调用或跳转源与目的地都在同一个模块，相对位置固定，只要用相对偏移寻址即可

• 无需动态链接器进行重定位

 

(2) 模块内部数据引用

• .data节与.text节之间的相对位置确定，任何引用局部符号的指令与该符号之间的距离是一个常数

 

      (3) 模块外数据的引用

• 引用其他模块的全局变量，无法确定相对距离

• 在.data节开始处设置一个指针数组（全局偏移表，GOT），指针可指向一个全局变量

• GOT与引用数据的指令之间相对距离固定

• 编译器为GOT每一项生成一个重定位项（如.rel节…）

• 加载时，动态链接器对GOT中各项进行重定位，填入

两个缺点：多用了四条指令，多了GOT（需要多一个寄存器存储GOT中的符号地址，容易造成寄存器溢出）

 

(4) 模块间调用、跳转

• 方法一：类似于(3)，在GOT中加一个项(指针)，用于指向目标函数的首地址（如&ext）

• 动态加载时，填入目标函数的首地址

• 多用三条指令并额外多用一个寄存器（如EBX）

方法二：延迟绑定

       不在加载时重定位，而延迟到第一次函数调用时，需要用 GOT和PLT（Procedure linkage Table, 过程链接表）

7.13库打桩机制

7.13.1编译时打桩

7.13.2链接时打桩

7.13.3运行时打桩

7.14处理目标文件的工具

7.15小结