南大计算机系统基础——链接

Simuels
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在学CSAPP第七章链接，感觉CMU的老师讲的太快了跳过了很多细节，实在难以消化，因而去看了南大袁春风老师关于链接的讲解，感觉袁老师讲的十分清楚透彻。不过由于这一块的内容虽算不上很杂但是很多，因此在此记录一下笔记。

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1.可执行文件生成概述

在这里插入图片描述

①预处理

在这里插入图片描述 预处理将#define定义的宏直接粘贴到文本中，处理条件预编译指令，把#include 头文件中合适的文本粘贴进来。 在这里插入图片描述

②编译

在这里插入图片描述

③汇编

在这里插入图片描述

④链接

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 本次内容都以上面的两个c代码作为例子。 在main.c中定义了全局变量buf，全局函数main，在swap.c中定义了全局变量bufp0和local变量(这里不是一般说的那种局部变量，这里是以static变量为局部变量)bufp1，temp是分配在栈中的，链接不涉及。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

⑤Linux操作

在这里插入图片描述

2.目标文件格式概述

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

3.ELF可重定位目标文件

在这里插入图片描述

①可重定位目标文件格式

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

②ELF Header（ELF 头）

在这里插入图片描述 readelf -h main.o可以查看ELF Header. 在这里插入图片描述 可以看到，ELF Header中有系统的基本信息，程序的入口Entry，程序头表(段头表)Program Header，节头表Section header（根据此可以导向节头表，节头表有更多的信息）的地址。

③Section Header Table（节头表）

在这里插入图片描述 readelf -S main.o查看节头表 在这里插入图片描述 这个感觉看起来好乱，可能是系统转为中文的原因，还是看PPT的把。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 Section Header Table 节头表实际上就是各个section的索引，以及记录各个节的长度、对齐等重要信息。

④man readelf

在这里插入图片描述

4.ELF可执行目标文件

①可执行目标文件格式

在这里插入图片描述

②ELF Header（ELF 头）

readelf -h p可以查看ELF Header. 在这里插入图片描述 可以看到上面写着类型为共享目标文件（因为之前没有静态链接，默认为动态链接），想要得到的可执行文件文件的话，在链接时使用静态链接: gcc -static -O2 -g -o p main.o swap.o 后面都以这个静态链接的p来讲解。 在这里插入图片描述

③Program Header Table（程序头表）

readelf -l p. 在这里插入图片描述

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 程序头表记录着可执行文件载入到内存时分配的虚拟地址空间。可执行文件中的地址仍然是从0开始的，这个地址与虚拟地址的映射关系放在程序头表中，一遍将来载入内存时运行的时候可以根据用虚拟内存来运行。

④存储器映像

可执行文件载入到内存的映射方式： 在这里插入图片描述

5.符号及符号表

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 符号解析其实就是对每个符号统一确定一个地址，并且引用该符号时能够绑定到那个地址。 在这里插入图片描述 这里的全局变量名指的就是global，与之并列的分类是local，即带static的函数名或者变量名 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

6.静态链接和符号解析

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 ar rcs 库名.a module1.o module2.o ...打包成静态库。 在这里插入图片描述

静态库.a文件中是有一个目录的，应该是记录了所有的模块名称和定义的函数或变量名称吧，然后是根据U中需要解析的那个函数名去找对应的.o模块。我感觉一开始U不是空的，而是有一个main，这样才比较符合逻辑。因为我试了一下,gcc -static -o p1 swap.o会报错(.text+0x24): undefined reference to main,说没有main的定义。这样后面的就说的通了。（后面的所有分析都基于这个假设）

在这里插入图片描述 所以符号解析的一大重要目的就是得到需要的.o文件集E，以及引用到的符号，另外一大目的感觉就是如果有多处定义同个符号时，要确定到底用哪个符号 吧？ 在这里插入图片描述

由于符号解析是一个个地比对.o文件或者.a库，比对完了以后该.o文件或者该.a库就扔掉了，如果U中仍有未解析的，就继续找后面没找过的库或.o模块。所以gcc -static -o myproc ./mylib.a main.o出错，因为一开始U=main，检索mylib.a，没有找到main的定义，就扔掉这个库了，然后检索main.o，有了定义了，但是又需要调用myfunc1，然后找默认的libc库，显然是找不到的。因为找完了都找不到，那么报错。

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

7.符号的重定位

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 引用的地方都会产生一个重定位条目，记录该引用的信息，包括在哪引用地址，引用的符号，以及引用类型(相对寻址还是绝对寻址)。有了这些信息以后，之后把多个.o文件的text，data..合并到虚拟地址空间中的text,data..中时就会很方便。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 readelf -r main.o可展示重定位条目 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

8.可执行文件的加载

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 readelf -h p,可执行文件p的ELF头信息 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

9.共享库和动态链接

计算机默认都是采用动态链接。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

在这里插入图片描述 gcc -shared -fPIC -o 共享库名.so module1.o module2.o ... 将module1.o .. 打包成共享库名.so 有两种动态链接：加载时和运行时。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

10.深入理解动态链接

①何谓PLT与GOT

动态链接大概知道什么过程，但非常不清楚细节，参考聊聊Linux动态链接中的PLT和GOT（１）——何谓PLT与GOT，深入其中的细节看看。

#include <stdio.h>
 
void print_banner()
{
    printf("Welcome to World of PLT and GOT\n");
}
 
int main(void)
{
    print_banner();
 
    return 0;
}

编译：gcc -Wall -g -o test.o -c test.c -m32 链接：gcc -o test test.o -m32 反汇编 objdump -d test > testdata.txt得到:

080483d4 <print_banner>:
 80483d4:	55                   	push   %ebp
 80483d5:	89 e5                	mov    %esp,%ebp
 80483d7:	83 ec 18             	sub    $0x18,%esp
 80483da:	c7 04 24 d0 84 04 08 	movl   $0x80484d0,(%esp)
 80483e1:	e8 0a ff ff ff       	call   80482f0 <puts@plt>
 80483e6:	c9                   	leave  
 80483e7:	c3                   	ret    

080483e8 <main>:
 80483e8:	55                   	push   %ebp
 80483e9:	89 e5                	mov    %esp,%ebp
 80483eb:	83 e4 f0             	and    $0xfffffff0,%esp
 80483ee:	e8 e1 ff ff ff       	call   80483d4 <print_banner>
 80483f3:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
 80483f8:	c9                   	leave  
 80483f9:	c3                   	ret    
 80483fa:	90                   	nop
 80483fb:	90                   	nop
 80483fc:	90                   	nop
 80483fd:	90                   	nop
 80483fe:	90                   	nop
 80483ff:	90                   	nop

080482f0 <puts@plt>:
 80482f0:	ff 25 00 a0 04 08    	jmp    *0x804a000
 80482f6:	68 00 00 00 00       	push   $0x0
 80482fb:	e9 e0 ff ff ff       	jmp

在这里插入图片描述 x/1x *0x804a000是找到0x804a000地址的地址，即： 在这里插入图片描述 可以看到，printf是跳转到0x00000068中去执行，且看名字是< puts@plt+6 >,所以printf的指令地址放在PLT中。 去访问0x00000068看看吧 在这里插入图片描述 显示不可访问... 在这里插入图片描述

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