程序的链接

链接三种文件格式可重定位目标文件(.o文件)查看ELF头查看节头表信息查看符号表中的信息 可执行文件查看ELF头查看程序头表 共享的目标文件(.so文件) 链接的过程1、确定符号引用关系（符号解析）2、重定位

链接

预处理、编译、汇编三个阶段对一个模块（一个.c文件）进行处理，得到对应的可重定位目标文件（.o文件)链接过程将多个可重定位目标文件合并以生成可执行目标文件链接命令 $gcc -static -o myproc main.o sum.o (static表示静态链接，若未指定-o选项，则生成的可执行目标文件名默认为a.out)

三种文件格式

采用ELF文件格式 以以下c程序为例

/* main.c */ /* $begin main */ #include<stdio.h> int sum(int *a, int n); int array[2] = {1, 2}; int main() { int val = sum(array, 2); printf("val=%d",val); return val; } /* $end main */ /* sum.c */ /* $begin sum */ int sum(int *a, int n) { int i, s = 0; for (i = 0; i < n; i++) { s += a[i]; } return s; } /* $end sum */

分别执行 $cpp main.c main.i $gcc -S main.i -o main.s $as main.s -o main.o 即可得到可重定位目标文件mian.o

可重定位目标文件(.o文件)

其代码和数据可和其他可重定位文件合并为可执行文件 •每个.o 文件由对应的.c文件生成 •每个.o文件代码和数据地址都从0开始

文件格式如下：

ELF头包括16字节标识信息、文件类型(.o, exec, .so)、机器类型（如x86-64、节头表的偏移、节头表的表项大小以及表项个数.text节编译后的代码部分.rodata节只读数据，如printf 格式串、switch 跳转表等.data节已初始化的全局变量.bss节未初始化全局变量，仅是占位符，不占 据任何实际磁盘空间。区分初始化和非 初始化是为了空间效率.symtab节存放函数和全局变量（符号表）信息，它不包括局部变量.rel.text节text节的重定位信息，用于重新修改代码段的指令中的地址信息.rel.data节.data节的重定位信息，用于对被模块使 用或定义的全局变量进行重定位的信息.debug节调试用符号表(gcc -g).line节原始c程序中的行号和.text节中机器指令之间的映射。只有以-g选项调用编译器驱动程序时，才会得到。.strtab节包含symtab和debug节中符号及节名节头部表每个节的节名、偏移和大小

查看ELF头

执行指令readelf -h main.o 可查看main.o的二进制存储的ELF头信息

ELF 头： Magic： 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 类别: ELF32 数据: 2 补码，小端序 (little endian) 版本: 1 (current) OS/ABI: UNIX - System V ABI 版本: 0 类型: REL (可重定位文件) 系统架构: Intel 80386 版本: 0x1 入口点地址： 0x0 程序头起点： 0 (bytes into file) Start of section headers: 636 (bytes into file) 标志： 0x0 本头的大小： 52 (字节) 程序头大小： 0 (字节) Number of program headers: 0 节头大小： 40 (字节) 节头数量： 13 字符串表索引节头： 10 Magic,魔数:通过对魔数的判断可以确定文件的格式和类型。如：ELF 的可执行文件格式的头 4 个字节为0x7F、e、l、f。类型:这里是32位的ELF格式数据:负数用二进制补码形式表示，小端法存放版本:当前ELF文件头版本号，此处为1OS/ABI:指出操作系统类型ABI版本类型:指出ELF文件的类型(共有三种类型:可重定位目标文件，可执行文件，共享库文件），此处为REL(可重定位目标文件)系统架构：此处为80386版本: 当前目标文件的版本号入口点地址：程序的虚拟地址入口，因为此处是一个可重定位文件，还未链接生成可执行文件，故入口地址为0.程序头起点：可重定问目标文件没有程序头部表。Start of section headers: 节头部表的文件偏移，即节头部表的起始地址标志：一个与处理器相关联的标志本头的大小：ELF文件头的字节数。 52 (字节)程序头大小：此文件中无程序头，0 (字节)Number of program headers: 0节头大小：节头部表中每个section的大小。40 (字节)节头数量：节头表中section的数量。 13字符串表索引节头：.strtab在节头表中的索引 。10

查看节头表信息

$readelf -S main.o

共有 13 个节头，从偏移量 0x27c 开始： 节头： [Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al [ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0 [ 1] .text PROGBITS 00000000 000034 000044 00 AX 0 0 1 [ 2] .rel.text REL 00000000 0001f4 000020 08 I 11 1 4 [ 3] .data PROGBITS 00000000 000078 000008 00 WA 0 0 4 [ 4] .bss NOBITS 00000000 000080 000000 00 WA 0 0 1 [ 5] .rodata PROGBITS 00000000 000080 000007 00 A 0 0 1 [ 6] .comment PROGBITS 00000000 000087 000036 01 MS 0 0 1 [ 7] .note.GNU-stack PROGBITS 00000000 0000bd 000000 00 0 0 1 [ 8] .eh_frame PROGBITS 00000000 0000c0 000044 00 A 0 0 4 [ 9] .rel.eh_frame REL 00000000 000214 000008 08 I 11 8 4 [10] .shstrtab STRTAB 00000000 00021c 00005f 00 0 0 1 [11] .symtab SYMTAB 00000000 000104 0000d0 10 12 9 4 [12] .strtab STRTAB 00000000 0001d4 00001e 00 0 0 1 Key to Flags: W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings) I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown) O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific) bss节只有装入内存时才会分配。可重定位目标文件中，每个可装入节的起始地址总是0off:每个节的起始地址size:每个节的大小

在可重定位文件main.o中的结构如下:

查看符号表中的信息

$readelf -s main.o

Symbol table '.symtab' contains 13 entries: Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name 0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 1: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS main.c 2: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1 3: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3 4: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4 5: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5 6: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 7 7: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 8 8: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 6 9: 00000000 8 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 array 10: 00000000 68 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 main 11: 00000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND sum 12: 00000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND printf

可执行文件

可执行目标文件(默认为a.out) 命令:$ gcc -static -o myproc main.o sum.o包含的代码和数据可以被直接复制到内存并被执行代码和数据地址为虚拟地址空间中的地址

• 文件格式与可重定位文件稍有不同：

ELF头中字段e_entry给出执行程序时第一条指令的地址，而在可重定位文件中，此字段 为0多一个程序头表，也称段头表 （segment header table）多一个.init节，用于定义 _init函数，该函数用来进行可执行目标文件开始执行时的初始化工作少两个.rel节（无需重定位）

查看ELF头

ELF 头： Magic： 7f 45 4c 46 01 01 01 03 00 00 00 00 00 00 00 00 类别: ELF32 数据: 2 补码，小端序 (little endian) 版本: 1 (current) OS/ABI: UNIX - GNU ABI 版本: 0 类型: EXEC (可执行文件) 系统架构: Intel 80386 版本: 0x1 入口点地址： 0x8048736 程序头起点： 52 (bytes into file) Start of section headers: 727040 (bytes into file) 标志： 0x0 本头的大小： 52 (字节) 程序头大小： 32 (字节) Number of program headers: 6 节头大小： 40 (字节) 节头数量： 33 字符串表索引节头： 30 装入内存时，ELF头、程序头表、.init节、.rodata节会被装入只读代码段.data节和.bss节会被装入读写数据段程序头表：描述可执行文件中的节与虚拟空间中的存储段之间的映射关系一个表项40B,存储虚拟地址空间中一个连续的段或一个特殊的节的信息。

从得到的信息可以看到：此时，入口点地址不再是0,而是而是执行代码的第一条指令的地址；程序头的起点和大小不再是0；节头大小、数量和strtab在节头表中的索引均更新了。

查看程序头表

$ readelf -l myproc

Elf 文件类型为 EXEC (可执行文件) 入口点 0x8048736 共有 6 个程序头，开始于偏移量 52 程序头： Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align LOAD 0x000000 0x08048000 0x08048000 0xa0cd1 0xa0cd1 R E 0x1000 LOAD 0x0a0f5c 0x080e9f5c 0x080e9f5c 0x01024 0x01e48 RW 0x1000 NOTE 0x0000f4 0x080480f4 0x080480f4 0x00044 0x00044 R 0x4 TLS 0x0a0f5c 0x080e9f5c 0x080e9f5c 0x00010 0x00028 R 0x4 GNU_STACK 0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00000 0x00000 RW 0x10 GNU_RELRO 0x0a0f5c 0x080e9f5c 0x080e9f5c 0x000a4 0x000a4 R 0x1 Section to Segment mapping: 段节... 00 .note.ABI-tag .note.gnu.build-id .rel.plt .init .plt .text __libc_freeres_fn __libc_thread_freeres_fn .fini .rodata __libc_subfreeres .stapsdt.base __libc_atexit __libc_thread_subfreeres .eh_frame .gcc_except_table 01 .tdata .init_array .fini_array .jcr .data.rel.ro .got .got.plt .data .bss __libc_freeres_ptrs 02 .note.ABI-tag .note.gnu.build-id 03 .tdata .tbss 04 05 .tdata .init_array .fini_array .jcr .data.rel.ro .got 第一可装入段：第0x00000~0x73880字节（包括ELF头、程序头表、.init、 .text和.rodata节），映射到虚拟地址0x8048000开始长度为0xa0cd1字节的区域 ，按0x1000=212=4KB对齐，具有只读/执行权限（Flg=RE），是只读代码段。第二可装入段：第0x0a1060开始长度为0xf20字节的.data节，映射到虚拟地址 0x80e9f5c开始长度为0x01024字节的存储区域，在0xf1024=4132B存储区中，前 0x108=3872B用.data节内容初始化，后面4132-38724=260B对应.bss节，初始化为0 ，按0x1000=4KB对齐，具有可读可写权限（Flg=RW），是可读写数据段。

共享的目标文件(.so文件)

-特殊的可重定位目标文件，能在装入或运行时被装入到内 存并自动被链接，称为共享库文件

Windows 中称其为 Dynamic Link Libraries (DLLs)

链接的过程

1、确定符号引用关系（符号解析）

找到程序中有定义和引用的符号(包括变量和函数等)编译器将定义的符号存放在一个符号表（symbol table）中.链接器将每个符号的引用都与一个确定的符号定义建立关联

2、重定位

1）合并相关.o文件 2）确定每个符号的地址 3）在指令中填入新地址