gnu链接脚本

### GNU链接脚本知识点解析 #### 一、概览 GNU链接脚本是GNU链接器(ld)使用的一种脚本语言，用于控制链接过程中输入文件（如目标文件或库）中的各个段如何组合成最终的输出文件（通常是可执行文件或共享库）。链接脚本能够精确地指定每个段的位置和大小，以及它们在最终输出文件中的组织方式。 #### 二、基本概念详解 1. **链接脚本**：控制链接过程的脚本文件，通常扩展名为`.lds`。 2. **输入文件**：链接器处理的目标文件或链接脚本文件。 3. **输出文件**：由链接器创建的目标文件或可执行文件。 4. **输入段(input section)**：来自输入文件的各个段。 5. **输出段(output section)**：最终出现在输出文件中的段。 6. **可加载段(loadable section)**：在程序运行时需要加载到内存中的段。 7. **可分配段(allocatable section)**：不包含实际数据但需要在内存中预留空间的段，如BSS段。 8. **符号**：在程序中表示变量或函数的名称。 9. **符号表(Symbol Table)**：存储所有符号信息的数据结构，包含符号名称及其在程序中的位置。 #### 三、重要术语解释 1. **VMA (Virtual Memory Address)**：虚拟内存地址，指程序在运行时其各个段在虚拟地址空间中的位置。 2. **LMA (Load Memory Address)**：加载内存地址，指程序在加载到物理内存时各个段的实际位置。 3. **ELF (Executable and Linkable Format)**：一种常见的可执行文件格式，广泛应用于Unix和Linux系统。 #### 四、链接脚本的作用 1. **控制段的布局**：决定哪些段合并在一起，以及这些段在输出文件中的相对位置。 2. **指定段的位置**：可以显式指定段的VMA和LMA。 3. **内存区域划分**：通过链接脚本，可以将程序的不同部分映射到不同的内存区域。 4. **符号重定位**：确定符号的最终位置，并进行必要的重定位工作。 #### 五、核心命令和概念 1. **SECTIONS命令**：用于定义输出段的布局，指定每个段应该包含哪些输入段，以及段的排序和位置。 - 示例：`.text : { *(.text) }` - 表示将所有的`.text`段合并到输出文件的`.text`段中。 2. **MEMORY命令**：用于定义内存布局，指定不同类型的内存区域。 - 示例：`MEMORY { ram : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1M }` - 定义了一个名为`ram`的内存区域，起始地址为0x08000000，长度为1MB。 3. **PHDRS命令**：用于定义程序头部表(program header table)，对于生成可执行文件或共享对象非常重要。 - 示例：`PHDRS { PHDR (CREATE, LOAD) }` - 指定创建程序头部表，并加载到内存。 4. **VERSION命令**：用于定义版本信息，支持版本化链接。 - 示例：`VERSION { global: default; local: hide; }` - 设置全局符号为默认可见性，本地符号为隐藏可见性。 #### 六、VMA与LMA的区别 - **VMA**：虚拟地址空间中的地址，代表程序运行时在虚拟内存中的位置。 - **LMA**：加载到物理内存时的地址，代表程序在物理内存中的实际位置。 例如，在下面的情景中： 1. 假设`.data`段的VMA地址为0x08050000，包含三个32位全局变量i、j和k，值分别为1、2、3。 2. `.text`段包含由`printf("j=%d", j);`产生的代码。 - 如果`.data`段的LMA也为0x08050000，则打印的结果是j=2。 - 如果`.data`段的LMA为0x08050004，则打印的结果是j=1。 这是因为根据LMA加载到内存时，程序会根据LMA访问变量的实际地址。 #### 七、实例分析 考虑以下简单的链接脚本： ```ld OUTPUT_ARCH(i386) ENTRY(_start) MEMORY { ram : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1M } SECTIONS { .text : { *(.text) } > ram .data : { *(.data) } > ram .bss : { *(.bss) } > ram } ``` - **OUTPUT_ARCH**：指定输出架构为i386。 - **ENTRY**：指定入口点为`_start`。 - **MEMORY**：定义内存区域`ram`，起始地址为0x08000000，长度为1M。 - **SECTIONS**：定义输出段`.text`、`.data`和`.bss`，并将它们放置在内存区域`ram`中。 此脚本将确保程序的所有段（`.text`、`.data`、`.bss`）都被加载到地址0x08000000开始的内存区域，并按照`.text`、`.data`、`.bss`的顺序排列。 #### 八、结论 GNU链接脚本是控制链接过程的强大工具，通过对链接脚本的编写，开发者能够精确控制程序的布局、内存分配以及符号重定位等方面。掌握GNU链接脚本对于深入理解程序的链接过程和优化程序性能至关重要。