第七章 链接——关于可执行目标文件的运行时地址与文件中偏移的一些疑问

在CSAPP链接相关章节中，书中描述了链接大概分为两步，第一步为符号解析，第二步便是重定位。其中书中描述 (P478) 重定位时会合并各个重定位目标文件中相同类型的节，然后链接器会将运行时内存地址赋给各个节。

书中提到了段要加载到内存时，应该放在的地址保存在程序头部表中（Program header table）,它描述了将文件各段映射到运行时内存的一些参数，但并未对运行时地址展开描述。

• 该表记录了数据段，代码段等在文件中的偏移，以及长度，该段要被加载至内存哪个地址，以及对其要求。

猜测：

• 数据段代码段总是被加载至内存固定的位置，即表中记录的地址。
• 被定义的全局符号总是有固定的虚拟内存地址。
• 在重定位的过程中，是计算符号定义的运行时地址（符号定义在内存中的地址），然后通过计算文件内部的这个引用的偏移，将其装填到这里。

=================下面不作数=====================

我们可以进行一个简单的测试：

• 查看这个可执行目标文件的程序头部表，记录下代码段和数据段的 vaddr、paddr，然后执行该文件，查看内存代码段和数据段的地址，是否就是该表所记录的。
• 找一个使用相对地址重定位的引用，取这个引用上的地址，然后将vaddr所记录运行地址代入计算，查看结果是否一致。

对于一个极其简单的C - testA.c 程序：

int test_var = 1;
int main(){
    test_var = 10;;
}

将其编译为可重定位目标文件，并查看这个文件的反汇编代码：

>>> gcc -c -o testA.o testA.c
>>> objdump -d -F testA.o

0000000000000000 
 (File Offset: 0x40):
   0:   c7 05 00 00 00 00 0a    movl   $0xa,0x0(%rip)        # a  (File Offset: 0x4a)
   ....

我们可以看到重定位条目，在.text节内偏移 0xa 处需要进行一个重定位，这正是对全局变量 test_var 的引用，而rip存放PC值，这条指令的意思就是把常数 0xa 存放至 PC + addr 这个地址上，而此处的 addr 还未被重定位，就是一串 0。

然后我们将这个可重定位目标文件链个可执行目标文件,然后查看反汇编数据：

>>> gcc -c -o testA.out testA.o

对这个可执行目标文件进行反汇编：

>>> objdump -d -F testA.out

00000000004004d6 
 (File Offset: 0x4d6):
  4004d6:   c7 05 50 0b 20 00 0a    movl   $0xa,0x200b50(%rip)        # 601030  (File Offset: 0x201030)
    ...
Disassembly of section .data:
0000000000601030  (File Offset: 0x1030):

  601030:   01 00                   add    %eax,(%rax)
    ...

由于 objdump 反汇编时显示的地址是 complete address （man objdump中所述），不是文件内偏移，可以通过 -F 命令显示出具体指令在文件内部的偏移。

我们查看其程序头部表，挑出数据段与代码段相关信息：

>>> objdump -d -F testA.out
  INTERP off    0x0000000000000238 vaddr 0x0000000000400238 paddr 0x0000000000400238 align 2**0
         filesz 0x000000000000001c memsz 0x000000000000001c flags r--
    LOAD off    0x0000000000000000 vaddr 0x0000000000400000 paddr 0x0000000000400000 align 2**21
         filesz 0x0000000000000694 memsz 0x0000000000000694 flags r-x  // 代码段
    LOAD off    0x0000000000000e10 vaddr 0x0000000000600e10 paddr 0x0000000000600e10 align 2**21
         filesz 0x0000000000000224 memsz 0x0000000000000228 flags rw-  //数据段