GNU-ld链接脚本浅析

GNU-ld链接脚本浅析本文乃转载,我在其基础上做了少量修改.原作者的E-mail是[e-mail].完成于2005.11.5-2005.11.80.Contents1.概论2.基本概念3.脚本格式4.简单例子5.简单脚本命令6.对符号的赋值7.SECTIONS命令8.MEMORY命令9.PHDRS命令10.VERSION命令11.脚本内的表达式12.暗含的连接脚本1.概论每一个链接过程都由链接脚本(linkerscript,一般以lds作为文件的后缀名)控制.链接脚本主要用于规定如何把输入文件内的section放入输出文件内,并控制输出文件内各部分在程序地址空间内的布局.但你也可以用连接命令做一些其他事情.连接器有个默认的内置连接脚本,可用ld--verbose查看.连接选项-r和-N可以影响默认的连接脚本(如何影响?).-T选项用以指定自己的链接脚本,它将代替默认的连接脚本。你也可以使用暗含的连接脚本以增加自定义的链接命令.以下没有特殊说明，连接器指的是静态连接器.2.基本概念链接器把一个或多个输入文件合成一个输出文件.输入文件:目标文件或链接脚本文件.输出文件:目标文件或可执行文件.目标文件(包括可执行文件)具有固定的格式,在UNIX或GNU/Linux平台下,一般为ELF格式.若想了解更多,可参考UNIX/Linux平台可执行文件格式分析有时把输入文件内的section称为输入section(inputsection),把输出文件内的section称为输出section(outputsectin).目标文件的每个section至少包含两个信息:名字和大小.大部分section还包含与它相关联的一块数据,称为sectioncontents(section内容).一个section可被标记为“loadable(可加载的)”或“allocatable(可分配的)”.loadablesection:在输出文件运行时,相应的section内容将被载入进程地址空间中.allocatablesection:内容为空的section可被标记为“可分配的”.在输出文件运行时,在进程地址空间中空出大小同section指定大小的部分.某些情况下,这块内存必须被置零.如果一个section不是“可加载的”或“可分配的”,那么该section通常包含了调试信息.可用objdump-h命令查看相关信息.每个“可加载的”或“可分配的”输出section通常包含两个地址:VMA(virtualmemoryaddress虚拟内存地址或程序地址空间地址)和LMA(loadmemoryaddress加载内存地址或进程地址空间地址).通常VMA和LMA是相同的.在目标文件中,loadable或allocatable的输出section有两种地址:VMA(virtualMemoryAddress)和LMA(LoadMemoryAddress).VMA是执行输出文件时section所在的地址,而LMA是加载输出文件时section所在的地址.一般而言,某section的VMA==LMA.但在嵌入式系统中,经常存在加载地址和执行地址不同的情况:比如将输出文件加载到开发板的flash中(由LMA指定),而在运行时将位于flash中的输出文件复制到SDRAM中(由VMA指定).可这样来理解VMA和LMA,假设:(1).datasection对应的VMA地址是0x08050000,该section内包含了3个32位全局变量,i、j和k,分别为1,2,3.(2).textsection内包含由printf(j=%d,j);程序片段产生的代码.连接时指定.datasection的VMA为0x08050000,产生的printf指令是将地址为0x08050004处的4字节内容作为一个整数打印出来。如果.datasection的LMA为0x08050000，显然结果是j=2如果.datasection的LMA为0x08050004，显然结果是j=1还可这样理解LMA:.textsection内容的开始处包含如下两条指令(inteli386指令是10字节，每行对应5字节):jmp0x08048285movl$0x1,%eax如果.textsection的LMA为0x08048280,那么在进程地址空间内0x08048280处为“jmp0x08048285”指令,0x08048285处为movl$0x1,%eax指令.假设某指令跳转到地址0x08048280,显然它的执行将导致%eax寄存器被赋值为1.如果.textsection的LMA为0x08048285,那么在进程地址空间内0x08048285处为“jmp0x08048285”指令,0x0804828a处为movl$0x1,%eax指令.假设某指令跳转到地址0x08048285,显然它的执行又跳转到进程地址空间内0x08048285处,造成死循环.符号(symbol):每个目标文件都有符号表(SYMBOLTABLE),包含已定义的符号(对应全局变量和static变量和定义的函数的名字)和未定义符号(未定义的函数的名字和引用但没定义的符号)信息.符号值:每个符号对应一个地址,即符号值(这与c程序内变量的值不一样,某种情况下可以把它看成变量的地址).可用nm命令查看它们.(nm的使用方法可参考本blog的GNUbinutils笔记)3.脚本格式链接脚本由一系列命令组成,每个命令由一个关键字(一般在其后紧跟相关参数)或一条对符号的赋值语句组成.命令由分号‘;’分隔开.文件名或格式名内如果包含分号';'或其他分隔符,则要用引号‘’将名字全称引用起来.无法处理含引号的文件名./**/之间的是注释。4.简单例子在介绍链接描述文件的命令之前,先看看下述的简单例子:以下脚本将输出文件的textsection定位在0x10000,datasection定位在0x8000000:SECTIONS{.=0x10000;.text:{*(.text)}.=0x8000000;.data:{*(.data)}.bss:{*(.bss)}}解释一下上述的例子:.=0x10000:把定位器符号置为0x10000(若不指定,则该符号的初始值为0)..text:{*(.text)}:将所有(*符号代表任意输入文件)输入文件的.textsection合并成一个.textsection,该section的地址由定位器符号的值指定,即0x10000..=0x8000000：把定位器符号置为0x8000000.data:{*(.data)}:将所有输入文件的.textsection合并成一个.datasection,该section的地址被置为0x8000000..bss:{*(.bss)}:将所有输入文件的.bsssection合并成一个.bsssection，该section的地址被置为0x8000000+.datasection的大小.连接器每读完一个section描述后,将定位器符号的值*增加*该section的大小.注意:此处没有考虑对齐约束.5.简单脚本命令-1-ENTRY(SYMBOL):将符号SYMBOL的值设置成入口地址。入口地址(entrypoint):进程执行的第一条用户空间的指令在进程地址空间的地址)ld有多种方法设置进程入口地址,按一下顺序:(编号越前,优先级越高)1,ld命令行的-e选项2,连接脚本的ENTRY(SYMBOL)命令3,如果定义了start符号,使用start符号值4,如果存在.textsection,使用.textsection的第一字节的位置值5,使用值0-2-INCLUDEfilename:包含其他名为filename的链接脚本相当于c程序内的的#include指令,用以包含另一个链接脚本.脚本搜索路径由-L选项指定.INCLUDE指令可以嵌套使用,最大深度为10.即:文件1内INCLUDE文件2,文件2内INCLUDE文件3...,文件10内INCLUDE文件11.那么文件11内不能再出现INCLUDE指令了.-3-INPUT(files):将括号内的文件做为链接过程的输入文件ld首先在当前目录下寻找该文件,如果没找到,则在由-L指定的搜索路径下搜索.file可以为-lfile形式，就象命令行的-l选项一样.如果该命令出现在暗含的脚本内,则该命令内的file在链接过程中的顺序由该暗含的脚本在命令行内的顺序决定.-4-GROUP(files):指定需要重复搜索符号定义的多个输入文件file必须是库文件,且file文件作为一组被ld重复扫描，直到不在有新的未定义的引用出现。-5-OUTPUT(FILENAME):定义输出文件的名字同ld的-o选项,不过-o选项的优先级更高.所以它可以用来定义默认的输出文件名.如a.out-6-SEARCH_DIR(PATH)：定义搜索路径，同ld的-L选项,不过由-L指定的路径要比它定义的优先被搜索。-7-STARTUP(filename):指定filename为第一个输入文件在链接过程中,每个输入文件是有顺序的.此命令设置文件filename为第一个输入文件。-8-OUTPUT_FORMAT(BFDNAME):设置输出文件使用的BFD格式同ld选项-oformatBFDNAME,不过ld选项优先级更高.-9-OUTPUT_FORMAT(DEFAULT,BIG,LITTLE):定义三种输出文件的格式(大小端)若有命令行选项-EB,则使用第2个BFD格式;若有命令行选项-EL，则使用第3个BFD格式.否则默认选第一个BFD格式.TARGET(BFDNAME)：设置输入文件的BFD格式同ld选项-bBFDNAME.若使用了TARGET命令,但未使用OUTPUT_FORMAT命令,则最用一个TARGET命令设置的BFD格式将被作为输出文件的BFD格式.另外还有一些:ASSERT(EXP,MESSAGE)：如果EXP不为真，终止连接过程EXTERN(SYMBOLSYMBOL...)：在输出文件中增加未定义的符号，如同连接器选项-uFORCE_COMMON_ALLOCATION：为commonsymbol(通用符号)分配空间，即使用了-r连接选项也为其分配NOCROSSREFS(SECTIONSECTION...)：检查列出的输出section，如果发现他们之间有相互引用，则报错。对于某些系统，特别是内存较紧张的嵌入式系统，某些section是不能同时存在内存中的，所以他们之间不能相互引用。OUTPUT_ARCH(BFDARCH)：设置输出文件的machinearchitecture(体系结构)，BFDARCH为被BFD库使用的名字之一。可以用命令objdump-f查看。可通过man-S1ld查看ld的联机帮助,里面也包括了对这些命令的介绍.6.对符号的赋值在目标文件内定义的符号可以在链接脚本内被赋值.(注意和C语言中赋值的不同!)此时该符号被定义为全局的.每个符号都对应了一个地址,此处的赋值是更改这个符号对应的地址.e.g.通过下面的程序查看变量a的地址:/*a.c*/#includestdio.hinta=100;intmain(void){printf(&a=0x%p,&a);return0;}/*a.lds*/a=3;$gcc-Wall-oa-without-ldsa.c&a=0x8049598$gcc-Wall-oa-with-ldsa.ca.lds&a=0x3注意:对符号的赋值只对全局变量起作用!一些简单的赋值语句能使用任何c语言内的赋值操作:SYMBOL=EXPRESSION;SYMBOL+=EXPRESSION;SYMBOL-=EXPRESSION;SYMBOL*=EXPRESSION;SYMBOL/=EXPRESSION;SYMBOL=EXPRESSION;SYMBOL=EXPRESSION;SYMBOL&=EXPRESSI