静态链接主要的过程如下

  1. 空间和地址分配
  2. 符号解析和重定位
  3. COMMON 块
  4. 静态库链接
  5. 链接过程控制

案例代码

  1. // a.c
  2. extern int shared;
  3. int main()
  4. {
  5.     int a = 100;
  6.     swap(&a, &shared);
  7. }
  9. // b.c
  10. int shared = 1;
  11. void swap(int *a, int *b)
  12. {
  13.     *a ^= *b ^= *a ^= *b;
  14. }
  16. // 将上述两个文件进行编译会得到两个 .o 文件
  17. gcc -c a.c b.c

空间和地址分配

链接器作用：将多个目标文件加工后合并成一个输出文件
问题：多个输入文件中的空间是如何分配到？

按序叠加

  • 将后面的目标文件叠加到前面的目标文件中
  • 存在的问题是会有很多零散的段，此时会比较浪费空间，因为每一个段都有地址和空间对齐要求

  • 实际并不使用这种方法

    相似段合并

  • 同一个类型的段放在一起

  • 使用相似段合并到链接器一般都是使用两步链接的方法，即链接过程分成两步
    • 空间和地址分配：扫描所有目标文件，获取每个段都长度，属性和位置，并且将输入的目标文件的符号表中的所有符号引用收集起来，统一放在一个全局符号表中
    • 符号解析和重定位：使用第一步收集的信息，读取文件中段的数据、重定位信息，并且进行符号解析和重定位，调整代码中的地址等

下面使用链接器命令来链接两个目标文件

  1. // -e main 表示将main函数作为程序的入口，-o ab 表示链接输出文件名为ab，默认为a.out
  2. ld a.o b.o -e main -o ab

查看合并前后的虚拟地址
image.png
我们只看 .text 段，也可以看出来是进行段合并
image.png
问题：从上面可以看到，在合并后的可执行文件 ab 中，虚拟地址不是从 0 开始，实际开始地址是 00000000004000e8 那么为什么不是从0开始呢？
todo 这个问题在可执行文件的装载与进程中解决

符号地址的确定

  • 经过前一步的虚拟地址分配，已经可以知道每一个段的大小和起始地址
  • 段中每一个符号的相对位置都是确定的
  • 计算符号的地址就是段基址+偏移量

链接器的重定位

首先反汇编 a.o
image.png
再看链接后的 ab 可执行文件
image.png

问题：链接器是如何知道哪些指令的地址是需要被调整的呢？

在 ELF 文件中，是有一个重定位表的结构专门用来保存这些与重定位相关的信息，在ELF 文件中重定位表是一个单独的段，叫做重定位段

查看重定位表
image.png