【图片+代码】：GCC 链接过程中的【重定位】过程分析

目录

· 示例代码

· sub．o 文件内容分析

· 段信息

·符号表信息

· main．o 文件分析

· 段信息

· 符号表信息

· 绝对寻址

· 相对寻址

· 重定位表信息

· 可执行程序 main

· 段信息

· 符号表信息

· 绝对地址重定位

· 相对地址重定位

· 总结

别人的经验，我们的阶梯！

最近因为项目上的需要，利用动态链接库来实现一个插件系统，顺便就复习了一下关于Linux中一些编译、链接相关的内容。

在链接的过程中，符号重定位是比较麻烦的事情，特别是在动态链接的过程中，因为需要考虑到很多不同的情况。

这篇文章作为第一篇，先来聊一聊静态链接中的重定位过程。

按照惯例，还是以一个简短的示例代码作为载体，看一看GCC在链接的过程中，是如何根据目标文件（．o文件）来进行重定位，生成最终的可执行文件的。

示例代码

示例代码很简单，一共有2个源文件main．c和 sub．c。

在sub．c中定义了一个全局变量和一个全局函数，然后在main．c中使用这个全局变量和全局函数。代码如下：

sub．c

main．c

在一般的开发过程中，都是使用GCC工具，直接把这2个源文件编译得到可执行文件。

但是，为了探究编译、链接过程中的一些内部情况，我们需要把编译、链接的过程拆开，从中间过程中产生的目标文件（．o 文件）中，来查看一些详细信息。

先把这2个源文件编译成目标文件sub．o和main．o：

＄ gcc －m32 －c sub．c

＄ gcc －m32 －c main．c

这样就得到了两个目标文件，先来初步看一下这2个目标文件中的一些信息。

以上这两个编译过程是各自独立的，虽然main．o中使用了两个符号（全局变量和全局函数），但是此时main．o并不知道这2个符号是在哪个文件中定义的。

当链接器把所有的．o文件链接成可执行文件的过程中，才能确定这2个符号是在哪里。

在Linux系统中，目标文件（．o） 和可执行文件都是ELF格式的，因此如何查看ELF格式文件的一些工具指令就非常有帮助。

很久之前总结过这篇文章：《Linux系统中编译、链接的基石－ELF文件：扒开它的层层外衣，从字节码的粒度来探索》，里面详细总结了ELF文件的内部结构，以及一些相关的工具。

sub．o 文件内容分析段信息

首先来简单瞄一眼一下sub．o中的一些信息。

sub．o中的段信息如下（指令：＄ readelf －S sub．o）：

我们主要关心黄色的代码段和数据段就可以了，可以看出：

1. 代码段（．text）：地址Addr是 0x0000＿0000（因为这是目标文件，不是可执行文件，所以不会安排地址），它在 sub．o 文件中的偏移量（Off）是 0x34，长度是 0x0C 字节；

2. 数据段（．data）：地址Addr是 0x0000＿0000，它在 sub．o 文件中的偏移量（Off）是 0x40，长度是 0x04 字节；

简单算一下：sub．o的开始部分是ELF的 header，通过 readelf －h sub．o 指令可以看出来header部分是52个字节（即：0x34），如下：

因此可以得到：

1. 代码段（．text）是紧接在 header 之后，长度是 0x0C 个字节，在文件中占据着 0x34 ～ 0x3F 这部分空间（0x3F ＝ 0x34 ＋ 0x0C － 1）；

2. 数据段（．data）是进阶在代码段之后，在文件中占据着 0x40 ～ 0x43 这部分空间；

符号表信息

下面再来说说符号表的事情。

简单来说，符号表就是一个文件中定义的所有符号、引用的外部符号（在其它文件中定义），包括：变量名、函数名、段名等等，都属于符号。

当然了，在ELF文件中会详细的说明每一个符号的类型、大小、可见性等信息。如果对ELF文件格式有过了解的话，一定知道每一条符号信息，都是通过一个结构体来描述具体含义的，描述符号表的结构体如下：

／／ Symbol table entries for ELF32．

struct Elf32＿Sym ｛

Elf32＿Word st＿name； ／／ Symbol name （index into string table）

Elf32＿Addr st＿value； ／／ Value or address associated with the symbol

Elf32＿Word st＿size； ／／ Size of the symbol

unsigned char st＿info； ／／ Symbol＇s type and binding attributes

unsigned char st＿other； ／／ Must be zero； reserved

Elf32＿Half st＿shndx； ／／ Which section （header table index） it＇s defined in

｝；

再来看一下sub．o中的符号表，下面这张图（指令：readelf －s sub．o）：

关注上图中黄色矩形中的两个符号：SubData和SubFunc，很明显它们就是sub．c中定义的两个符号：全局变量和全局函数。

对于SubData符号来说：

1. Size＝4： 长度是 4 个字节；

2. Type＝OBJECT：说明这是一个数据对象；

3. Bind＝GLOBAL：说明这个符号是全局可见的，也就是在其他文件中可以使用；

4. Ndx＝2：说明这个符号是属于第 2 个 段中，就是数据段（．data）；

同样的道理，对于SubFunc符号来说：

1. Size＝12： 长度是 12 个字节；

2. Type＝FUNC：说明这是一个函数；

3. Bind＝GLOBAL：说明这个符号是全局可见的，也就是在其他文件中可以调用；

4. Ndx＝1：说明这个符号是属于第 1 个 段中，就是代码段（．text）；

main．o 文件分析

按照上面的步骤，把main．o中的这几个信息也查看一下。

段信息

指令：readelf －S main．o

可以看出：

1. 代码段（．text）：地址Addr是 0x0000＿0000（因为这是目标文件，不是可执行文件，所以不会安排地址），它在 sub．o 文件中的偏移量（Off）是 0x34，长度是 0x32 字节；

2. 数据段（．data）：地址Addr是 0x0000＿0000，它在 sub．o 文件中的偏移量（Off）是 0x66，长度是 0 个字节，因为它没有定义变量；

在文件中的布局如下所示：