链接原理

1.链接器的任务

链接器将多个目标文件（可重定位目标文件）链接成一个完整的，可加载的，可执行的目标文件。

主要任务：

（1）符号解析：将目标文件内的引用符号和该符号的定义联系起来

（2）将符号定义与存储器的位置联系起来，修改对这些符号的引用

2.目标文件

（1）可重定位目标文件：这种文件包含二进制代码和数据，代码和数据已经转换成机器指令代码和数据。但是这种目标文件还不能被执行，因为这些指令和数据往往引用其他模块（目标文件）中的符号。其他模块的符号对于本模块是未知的。这些符号的解析需要链接器将所有的模块进行链接。这个操作叫做---重定位。

 

（2）可执行目标文件：这种文件也包含二进制代码和数据，但是已经被链接过，可以执行。

（3）共享目标文件：在需要他的程序运行或加载时，动态地加载到内存中运行。这种文件的后缀.so。共享目标文件又叫“共享库”或“动态库”文件。

3.elf格式的可重定位目标文件

ELF(Executable linkable file）是linux环境下常用的目标文件格式。大多数情况下，可重定位+可执行的目标文件都采用这种格式。

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高  |  段头部表 |

|  ------------

|  | .strtab   |

|  ------------

|  | .line     |

|  ------------

|  | .debug    |

|  ------------

|  | .rel.data |

|  ------------

|  | .rel.text |

|  ------------

|  | .symtab   |

|        ------------

|  | .bss      |

|  ------------

|  | .data     |

|  ------------

|  | .rodata   |

|  ------------

|  | .text     |

|  ------------

|  | ELF 头    |

|  -------------

低

(1)ELF文件头的前16字节构成一个字节序，描述了生成该文件系统的字长和字节序。还有一些其他信息，包括ELF文件头的大小，目标文件的类型，目标机类型。

(2).text：代码段，存储二进制的机器代码。

(3).rodata:只读数据段

(4).data:数据段，如初始化的全局数据，包括全局变量和静态变量，都是初始化过的。

(5).bss：块存储段，存储未初始化的全局数据。在目标文件上，该段不占空间，仅仅是一个占位符（？），告知指定位置上应当预留全局数据的空间。

(6).symtab:符号表。存储定义和引用的函数和全局变量，链接过程中的重定位操作就是根据这个表来确定全局符号的位置

(7).rel.text:代码段需要重定位的信息。是一些需要靠重定位操作，来修改位置的符号的汇总。如函数名和标号

(8).rel.data:数据段需要重定位的信息。同上，这些符号在数据段，如全局变量

(9).debug:调试信息。gcc -g 选项可以生成该表。该表包含源程序中所有符号的定义及引用。

(10).line:源程序的行号映射。 也是-g选项生成该段。存储源程序中每一个语句的行号。

(11).strtab:字符串表。存储.symtab&.debug符号表中的名字，是一些字符串，以‘\0’结尾。

4.目标文件中的符号表

每个可重定位目标文件都有一个符号表：.symtab。

里面有三类符号：本模块中引用的其他模块定义的全局符号，本模块中定义的全局符号，本模块中定义和引用的局部符号。

注：局部符号！=局部变量。局部变量在栈中，仅在内存出现，局部符号包括静态变量和局部标号，这些内容可能出现在磁盘文件中。

例子：add.c

void add()
{
    int static count = 2;  //静态局部变量，局部符号
    int a = 0;  //局部变量

    count++;   //静态局部变量累加
    if(count>=10)
         goto lab:
    else{
         printf("%d\t",count);
         return;
    }

lab:
    printf("count=%d\t",count);
    a=10;
   printf("a=%d\n",a);
   return ;
}

编译得到add.o文件，使用readelf命令查看目标文件结构信息+符号表信息。

readelf -a add.o

5.符号解析

.symtab中的符号，链接器会查找所有参与链接的文件，找到该符号的定义，这个过程叫做符号解析

6.重定位操作

链接器在进行符号解析后，就要进行重定位操作了。链接器将所有参与链接的文件合并，并为每个符号分配存储内容的运行时地址。

包括两方面：重定位段，重定位符号

（1）重定位段：将目标文件中同类型的段合并，生成一个大段。

（2）重定位符号引用：合并段后，各个文件中对符号的引用都已经是无效的，因为现在是一个整体段。链接器要修改这些符号的地址，使其指向正确的运行地址。