Linker script 链接器脚本

作者：firststp    出处：http://blog.youkuaiyun.com/firststp/

每个链接都由链接脚本控制着，脚本由链接器命令语言组成。脚本的主要目的是描述如何把输入文件中的节（sections）映射到输出文件中，并控制输出文件的存储布局。大多数的链接脚本就是做这些事情的，但在有必要时，脚本也可以指导链接器执行一些其他的操作。

链接器总是使用链接器脚本，如果你没有提供一个你自己的脚本文件的话，编译器会使用一个缺省的脚本，而它被编译进链接器（？）。你可以使用"-verbose"命令行参数来显示缺省的链接脚本。而某些命令行选项，像"-r","-N"会影响缺省的链接脚本。

在命令行选项中，通过参数"-T"你可以提供你自己的链接器脚本，这样就会替换缺省的脚本了。

你还可以隐式地使用脚本，只要给一个脚本文件命名，并作为输入文件提交给链接器，就像是它们都是要被链接的文件一样。具体的内容清查看第11节。以下是目录：

1 Basic Linker Script Concepts
2 Linker Script Format
3 Simple Linker Script Example
4 Simple Linker Script Commands
5 Assigning Values to Symbols
6 SECTIONS command
7 MEMORY command
8 PHDRS Command
9 VERSION Command
10 Expressions in Linker Scripts
11 Implicit Linker Scripts

 

1 基本的链接器脚本的概念

这里我们会定义一些基本的概念和一些词汇，来描述链接器脚本语言。

链 接器把一些输入文件联合在一起，生成输出文件。输出的文件和输入文件都是object文件格式，每个文件都被称为对象文件（object file）,而且，输出文件还经常被称为可执行文件。但这里我们依然称之为对象文件。每个对象文件在其中都包含有一个节（section）列表，我们有时 称输入文件中的节（section）为输入节（input section），同样，输出文件中的节称为输出节（output section）。

对 象文件中的每一个节都有名字和大小。大多数的节还有一个相连的数据块，就是有名的"section contents"。一个被标记为可加载（loadable）的节，意味着在输出文件运行时，contents可以被加载到内存中。没有contents 的节也可以被加载，实际上处了一个数组被设置外，没有其他的东西被加载（在一些情况下，存储器必须被清0）。而既不是可加载的又不是可分配的 （allocatable）节，通常包含了某些调试信息。

每个可加载或可分配的输出节（output section）都有2个地址。第一个是虚拟存储地址VMA（virtual memory address），这是在输出文件执行时该节所使用的地址。第二个是加载存储地址LMA（load memory address），这是该节被加载是的地址。在大多数情况下，这两个地址是相同的。有个例子说明不同时的情况：当一个数据节（data section）加载在ROM中，后来在程序开始执行时又拷贝到RAM中（在基于ROM的系统中，这种技术经常用在初始化全局变量中）。在这种基于ROM 的系统情况下，这时，ROM地址是LMA，而内存地址是VMA。

要查看一个对象文件中各个节，可以使用objdump，并使用"-h"参数。

每 个对象文件也有一个符号（symbles）列表，这就是著名的符合表(symble table)。一个符号可以是"已定义"（defined）或"无定义"（undefined）的。每个符号有名字，并且每个定义了的符号还有地址。在你 编译一个c/c++程序成对象文件时，每个定义的函数，全局变量，静态变量，都可以有一个"已定义"的符号。输入文件中引用的每个没有定义的函数和全局变 量则变成"无定义"的符号。

使用nm可以查看对象文件中的符合，objdump并使用"-t"选项也可以。

 

2 链接器脚本格式

链接器脚本是一个文本文件。

链接器脚本是一个命令序列，每个命令是一个关键字，可能还带着参数，又或者是对一个符号的赋值。你可以使用分号来隔开命令，而空格则通常被忽略。

像文件名，格式名等字符串通常直接输入，如果文件名包含有像用于分割文件名的逗号等有其他用处的字符的话，你可以用双引号把文件名括起来。当然没有办法在文件名中使用双引号了。

你可以使用注释，就像在C中，定界符是"/*"和"*/"，和C中一样，注释在语法上等同于空格。

 

3 简单的脚本例子

很多的了解脚本都比较简单。可能最简单的链接器脚本只有一个命令：

'SECTIONS'。使用'SECTIONS'命令描述输出文件的内存布局。

'SECTIONS' 命令功能强大。这里描述一个简单的使用。我们假设你的只有代码（code），初始数据（initialized data）和未初始化的数据（uninitialized data）。它们要分别被放到'.text', '.data', '.bss'节中。更进一步假定它们是输入文件中的所有的节。

这个例子中，代码要加载到地址0x10000，数据要从地址0x8000000开始。链接脚本如下：

SECTIONS
{
  . = 0x10000;
  .text : { *(.text) }
  . = 0x8000000;
  .data : { *(.data) }
  .bss : { *(.bss) }
}

'SECTIONS'命令的关键字是'SECTIONS'，接着是一系列的符号(symbol)赋值，输出节（output section）描述被大括号包括着。

上 面例子中，在'SECTIONS'命令里面，第一行设置一个值到一个特殊的符号'.'，它是位置计数器（location counter），（像程序计数器PC）。如果你没有以某种其他的方式指定输出节(output section)的地址，地址就会是位置计数器中设置的当前值。而后，位置计数器就会以输出节的大小增加其值。在'SECTIONS'命令的开始，位置计 数器是0。

第2行定义'.text'输出节。冒号是必须的语法。在大括号里，输出节名字之后，你要列出要输入节的名字，它们会放入输出节中。通配符"*"匹配任何文件名，表达式"*(.text)"意味着所有的输入文件中的输入节".text"。
因为在输出节".text"定义时，位置计数器是0x10000，所以链接器会设置输出文件中的".text"节的地址为0x10000。

剩 下的行定义输出文件中的".data"和".bss"节。链接器会把输出节".data"放置到地址0x8000000。之后，链接器把输出节 ".data"的大小加到位置计数器的值0x8000000， 并立即设置".bss"输出节，效果是在内存中，".bss"节会紧随".data"之后。

链接器会确保每个输出节都有必要的对齐，它会在需要是增加位置计数器的值。在上面的例子中，指定的".text"和".data"节的地址都是符合对齐条件的，但是链接器可能会在".data"和".bss"间生成一个小间隙。

 

4 简单的链接器脚本命令

这里我们会描述简单的链接器脚本命令

4.1 Setting the entry point
4.2 Commands dealing with files
4.3 Commands dealing with object file formats
4.4 Other linker script commands

4.1 设置入口点

在一个程序中第一个指令称为入口点（entry point）。可以使用ENTRY链接器脚本命令来设置入口点。参数是一个符号名。

ENTRY(symbol)

有几种不同的方式来设置入口点。链接器会依次用下面的方法尝试设置入口点，当遇到成功时则停止。

  命令行选项"-e"  entry
  脚本中的"ENTRY(symbol)"
  如果有定义"start"符号，则使用start符号（symbol）。
  如果存在".text"节，则使用第一个字节的地址。
  地址0。

4.2 处理文件的命令

有一些处理文件的命令：

  INCLUDE filename

在该点包含名称filename的链接脚本文件。文件会在当前路径下进行搜索，还有通过选项"-L"指定的目录。可以进行嵌套包含，你可以最多嵌套10层。

  INPUT（file,file,…）  或  INPUR(file file …)

INPUT命令指示链接器在链接中包含指定的文件，好像它们命名在命令行上一样。
例如，如果你总是要在链接时包含"subr.o"，但是你又不想很烦地每次在命令行上输入，你可以在你的链接脚本中使用"INPUT(subr.o)"。

实际上，如果你喜欢，你可以在链接脚本中列出所有的输入文件，然后使用选项"-T"来调用链接器，而不用做其他的。

链接器首先尝试打开当前目录下的文件，如果没有，就通过存档库搜索路径进行搜索。你可以查看"-L"选项说明。

如果你使用`INPUT(-l file)`，ld会把它转化成libfile.a，就想在命令行中使用"-l"参数。

当你在一个隐式链接脚本中使用"INPUT"命令时，在链接器脚本文件被包含的点，文件会被包含进去。这会影响文档（archive）的搜索。

  GROUP( file, file, …)     GROUP(file file …)

GROUP命令类似于INPUT命令，处了其文件为文档archive外。它们会被重复搜索，知道没有新的无定义(undefined)引用被创建。请查看"-("参数的描述。

  OUTPUT（filename）

该命令指定输出文件的名字。相当于命令行中的`-o filename`参数。如果都使用了，命令行选项会优先。

可以用OUTPUT命令来定义一个缺省的输出文件名，而不是无用的缺省`a.out`。
  SEARCH_DIR(path)

此命令添加路径path到ld搜索库文档achive的路径列表中。相当于命令行方式下的`-L path`。如果都设置了，则都添加到列表中，而且，命令行中的在前，优先搜索。

  STARTUP(filename)

此命令和INPUT命令相似，处了filename会成为第一个被链接的输入文件外，就想在命令行上被第一个输入。如果处理入口点总是第一个文件的开始，在这样的系统中，这会很有用。


4.3 处理对象文件（object file）格式的命令

处理对象文件格式的命令只有2个。

  OUTPUT_FORMAT(bfdname)   OUTPUT_FORMAT(default, big, little)

此命令为用户的输出文件命名BFD 格式。相当于命令行中使用选项`--oformat bfdname`，如果都使用了，命令行方式优先。

可以使用3个参数的OUTPUT_FORMAT指令，指定使用的不同的格式，就像命令行方式下的选项`-EB`, `-EL`。这样允许链接器脚本设置输出格式是指定的endianness编码。

如果没有使用`-EB`或`-EL`指定endianness，输出格式会是第一个参数default。如果使用`-EB`，那么使用第二个参数big，使用了`-EL`，则使用参数little。
例如，目标MIPS ELF 使用的缺省链接脚本使用命令：

OUTPUT_FORMAT(elf32-bigmips, elf32-bigmips, elf32-littlemips)

这就是说，输出的缺省格式是elf32-bigmips，但是如果用户在命令行指定了选项`-EL`，则使用elf32-littlemips。

  TARGET(bfdname)

当 读取输入文件时，此命令为用户命名BFD格式。它会影响随后的INPUT和GROUP命令。此命令相当于命令行方式的选项`-b bfdname`。 如果使用了TARGET命令，而没有使用OUTPUT_FORMAR，那么最后的TARGET命令也设置输出文件的格式。


4.4 其它的链接器脚本命令

有一些其他的脚本命令：

ASSERT(exp, message)

确保表达式exp非零。如果为0，则退出链接，返回错误码，打印指定的消息message。


EXTERN(symbol symbol …)

强制要进入输出文件的指定的符号成为无定义undifined的符号。这么做，可以触发从标志库对附加模块的链接。可以列出多个符号symbol。对每个EXTERN，你可以使用EXTERN多次。这个命令和命令行下的选项`-u`产生一样的效果。


FORCE_COMMON_ALLOCATION

此命令的效果和命令行的选项`-d`一样，让ld 分配空间给公共common的符号，即使通过选项`-r`指定的是一个重定位的输出文件。


INHIBIT_COMMON_ALLOCATION

此命令和命令行选项`--no-define-common`有同样效果：让ld忽略对公共符号的赋值，即使是一个非可重定俍的（non-relocatable）输出文件


NOCROSSREFS(section section …)

此命令也许可以用来告诉ld在指定的输出节中对任何的引用发出一个错误。

在某些特别类型的程序中，特别是嵌入式系统，如果使用覆盖图overlays，当一个节加载到内存中，而另一个节不在。这两个节间的任何方向的引用都会出错，例如，一个节中的代码调用另一个节中的函数。

NOCROSSREFS命令带有一个输出节名字列表。如果ld测试在这些节之间有任何的交叉引用，就会报告一个错误，并返回一个非0的状态。

注意，此指令使用的时输出节，而不是输入节。


OUTPUT_ARCH(bfdarch)

指定一个特定的机器架构输出。参数是BFD库中使用的名字。可以使用objdump 指定参数选项`-f`来查看架构。如ARM



5 为符号指定值

在脚本中，可以为一个符号symbol指定一个值。这样会把符号定义为全局符号symbol。

5.1 Simple Assignments
5.2 PROVIDE
5.1 简单赋值


使用任何的C赋值操作来给一个符号赋值。像下面这样：

symbol = expression ;
symbol += expression ;
symbol -= expression ;
symbol *= expression ;
symbol /= expression ;
symbol <<= expression ;
symbol >>= expression ;
symbol &= expression ;
symbol |= expression ;

第一个例子中，定义了一个符号symbol，并赋值为expression。其他的例子中，symbol必须已被定义，根据操作调整其值。

特殊的符号名"."指示的是位置计数器location counter。你只有在SECTIONS命令中才可以使用。

表达式后的"；"是必须的。你可以像命令一样按它们的顺序写符号赋值，或者在SECTIONS命令中像一个语句一样。或者作为SECTIONS命令中输出节描述器的一部分。

例子：

floating_point = 0;
SECTIONS
{
  .text :
    {
      *(.text)
      _etext = .;
    }
  _bdata = (. + 3) & ~ 3;
  .data : { *(.data) }
}

在例子中，符号`floating_point`会被定义为0。符号_etext会被定义为最近的输入节.text地址。符号_bdata定义为接着.text输出节的地址，但对齐到了4自己的边界。


5.2 PROVIDE

在 一些情况下，链接器脚本想要定义一个符号，这个符号仅仅被引用但没有被任何链接器中包含的对象定义。例如，传统的链接器定义符号"etext"作为一个函 数名，而不会遇到错误。PROVIDE关键字可以用来定义像这样的符号，仅仅在它被引用却没有定义时。语法是：PROVIDE（symbol= expression）。

下面是使用PROVIDE定义"etext"的例子：

SECTIONS
{
  .text :
    {
      *(.text)
      _etext = .;
      PROVIDE(etext = .);
    }
}

在例子中，如果程序定义了"_etext"（有下划线），链接器会给出多个定义的错误。另一方面，如果程序定义"etext"（没有下划线），链接器会在程序中静静地使用这个定义。如果程序引用"etext"但没有定义它，链接器会使用脚本中的定义。