Linux下的lds链接脚本基础

 

看uboot引导Linux部分，发现要对链接脚本深入了解，才能知道各个目标文件的内存分布映像，下面是我看到的一些资料

　　0. Contents

　　1. 概论

　　2. 基本概念

　　3. 脚本格式

　　4. 简单例子

　　5. 简单脚本命令

　　6. 对符号的赋值

　　7. SECTIONS命令

　　8. MEMORY命令

　　9. PHDRS命令

　　10. VERSION命令

　　11. 脚本内的表达式

　　12. 暗含的连接脚本

　　1. 概论

　　每一个链接过程都由链接脚本(linker script, 一般以lds作为文件的后缀名)控制。 链接脚本主要用于规定如何把输入文件内的section放入输出文件内， 并控制输出文件内各部分在程序地址空间内的布局。 但你也可以用连接命令做一些其他事情。

　　连接器有个默认的内置连接脚本， 可用ld –verbose查看。 连接选项-r和-N可以影响默认的连接脚本(如何影响？)。

　　-T选项用以指定自己的链接脚本， 它将代替默认的连接脚本。你也可以使用以增加自定义的链接命令。

　　以下没有特殊说明，连接器指的是静态连接器。

　　2. 基本概念

　　链接器把一个或多个输入文件合成一个输出文件。

　　输入文件： 目标文件或链接脚本文件。

　　输出文件： 目标文件或可执行文件。

　　目标文件(包括可执行文件)具有固定的格式， 在UNIX或GNU/Linux平台下， 一般为ELF格式。 若想了解更多， 可参考 UNIX/Linux平台可执行文件格式分析

　　有时把输入文件内的section称为输入section(input section)， 把输出文件内的section称为输出section(output sectin)。

　　目标文件的每个section至少包含两个信息： 名字和大小。 大部分section还包含与它相关联的一块数据， 称为section contents(section内容)。 一个section可被标记为“loadable(可加载的)”或“allocatable(可分配的)”。

　　loadable section: 在输出文件运行时， 相应的section内容将被载入进程地址空间中。

　　allocatable section: 内容为空的section可被标记为“可分配的”。 在输出文件运行时， 在进程地址空间中空出大小同section指定大小的部分。 某些情况下， 这块内存必须被置零。

　　如果一个section不是“可加载的”或“可分配的”， 那么该section通常包含了调试信息。 可用objdump -h命令查看相关信息。

　　每个“可加载的”或“可分配的”输出section通常包含两个地址： VMA(virtual memory address虚拟内存地址或程序地址空间地址)和LMA(load memory address加载内存地址或进程地址空间地址)。 通常VMA和LMA是相同的。

　　在目标文件中， loadable或allocatable的输出section有两种地址： VMA(virtual Memory Address)和LMA(Load Memory Address)。 VMA是执行输出文件时section所在的地址， 而LMA是加载输出文件时section所在的地址。 一般而言， 某section的VMA == LMA. 但在嵌入式系统中， 经常存在加载地址和执行地址不同的情况： 比如将输出文件加载到开发板的flash中(由LMA指定)， 而在运行时将位于flash中的输出文件复制到SDRAM中(由VMA指定)。

　　可这样来理解VMA和LMA, 假设：

　　(1) .data section对应的VMA地址是0×08050000, 该section内包含了3个32位全局变量， i、j和k, 分别为1,2,3.

　　(2) .text section内包含由”printf( “j=%d “， j );”程序片段产生的代码。

　　连接时指定。data section的VMA为0×08050000, 产生的printf指令是将地址为0×08050004处的4字节内容作为一个整数打印出来。

　　如果。data section的LMA为0×08050000，显然结果是j=2

　　如果。data section的LMA为0×08050004，显然结果是j=1

　　还可这样理解LMA:

　　.text section内容的开始处包含如下两条指令(intel i386指令是10字节，每行对应5字节)：

　　jmp 0×08048285

　　movl $0×1,%eax

　　如果。text section的LMA为0×08048280, 那么在进程地址空间内0×08048280处为“jmp 0×08048285”指令， 0×08048285处为movl $0×1,%eax指令。 假设某指令跳转到地址0×08048280, 显然它的执行将导致%eax寄存器被赋值为1.

　　如果。text section的LMA为0×08048285, 那么在进程地址空间内0×08048285处为“jmp 0×08048285”指令， 0×0804828a处为movl $0×1,%eax指令。 假设某指令跳转到地址0×08048285, 显然它的执行又跳转到进程地址空间内0×08048285处， 造成死循环。

　　符号(symbol)： 每个目标文件都有符号表(SYMBOL TABLE)， 包含已定义的符号(对应全局变量和static变量和定义的函数的名字)和未定义符号(未定义的函数的名字和引用但没定义的符号)信息。

　　符号值： 每个符号对应一个地址， 即符号值(这与c程序内变量的值不一样， 某种情况下可以把它看成变量的地址)。 可用nm命令查看它们。 (nm的使用方法可参考本blog的GNU binutils笔记)

　　3. 脚本格式

　　链接脚本由一系列命令组成， 每个命令由一个关键字(一般在其后紧跟相关参数)或一条对符号的赋值语句组成。 命令由分号‘;’分隔开。

　　文件名或格式名内如果包含分号’;'或其他分隔符， 则要用引号‘”’将名字全称引用起来。 无法处理含引号的文件名。

　　/* */之间的是注释。

　　4. 简单例子

　　在介绍链接描述文件的命令之前， 先看看下述的简单例子：

　　以下脚本将输出文件的text section定位在0×10000, data section定位在0×8000000:

　　SECTIONS

　　{

　　. = 0×10000;

　　.text : { *(。text) }

　　. = 0×8000000;

　　.data : { *(。data) }

　　.bss : { *(。bss) }

　　}

　　解释一下上述的例子：

　　. = 0×10000 : 把定位器符号置为0×10000 (若不指定， 则该符号的初始值为0)。

　　.text : { *(。text) } : 将所有(*符号代表任意输入文件)输入文件的。text section合并成一个。text section, 该section的地址由定位器符号的值指定， 即0×10000.

　　. = 0×8000000 ：把定位器符号置为0×8000000

　　.data : { *(。data) } : 将所有输入文件的。data section合并成一个。data section, 该section的地址被置为0×8000000.

　　.bss : { *(。bss) } : 将所有输入文件的。bss section合并成一个。bss section，该section的地址被置为0×8000000+.data section的大小。

　　连接器每读完一个section描述后， 将定位器符号的值*增加*该section的大小。 注意： 此处没有考虑对齐约束。

　　5. 简单脚本命令

　　- 1 -

　　ENTRY(SYMBOL) : 将符号SYMBOL的值设置成入口地址。

　　入口地址(entry point)： 进程执行的第一条用户空间的指令在进程地址空间的地址)

　　ld有多种方法设置进程入口地址， 按一下顺序： (编号越前， 优先级越高)

　　1, ld命令行的-e选项

　　2, 连接脚本的ENTRY(SYMBOL)命令

　　3, 如果定义了start符号， 使用start符号值

　　4, 如果存在。text section, 使用。text section的第一字节的位置值

　　5, 使用值0

　　- 2 -INCLUDE filename : 包含其他名为filename的链接脚本

　　相当于c程序内的的#include指令， 用以包含另一个链接脚本。

　　脚本搜索路径由-L选项指定。 INCLUDE指令可以嵌套使用， 最大深度为10. 即： 文件1内INCLUDE文件2, 文件2内INCLUDE文件3… , 文件10内INCLUDE文件11. 那么文件11内不能再出现 INCLUDE指令了。

　　- 3 -INPUT(files)： 将括号内的文件做为链接过程的输入文件

　　ld首先在当前目录下寻找该文件， 如果没找到， 则在由-L指定的搜索路径下搜索。 file可以为 -lfile形式，就象命令行的-l选项一样。 如果该命令出现在暗含的脚本内， 则该命令内的file在链接过程中的顺序由该暗含的脚本在命令行内的顺序决定。

　　- 4 -GROUP(files) : 指定需要重复搜索符号定义的多个输入文件

　　file必须是库文件， 且file文件作为一组被ld重复扫描，直到不在有新的未定义的引用出现。

　　- 5 -OUTPUT(FILENAME) : 定义输出文件的名字

　　同ld的-o选项， 不过-o选项的优先级更高。 所以它可以用来定义默认的输出文件名。 如a.out

　　- 6 -SEARCH_DIR(PATH) ：定义搜索路径，

　　同ld的-L选项， 不过由-L指定的路径要比它定义的优先被搜索。

　　- 7 -STARTUP(filename) : 指定filename为第一个输入文件

　　在链接过程中， 每个输入文件是有顺序的。 此命令设置文件filename为第一个输入文件。

　　- 8 – OUTPUT_FORMAT(BFDNAME) : 设置输出文件使用的BFD格式

　　同ld选项-o format BFDNAME, 不过ld选项优先级更高。

　　- 9 -OUTPUT_FORMAT(DEFAULT,BIG,LITTLE) : 定义三种输出文件的格式(大小端)

　　若有命令行选项-EB, 则使用第2个BFD格式; 若有命令行选项-EL，则使用第3个BFD格式。否则默认选第一个BFD格式。

　　TARGET(BFDNAME)：设置输入文件的BFD格式

　　同ld选项-b BFDNAME. 若使用了TARGET命令， 但未使用OUTPUT_FORMAT命令， 则最用一个TARGET命令设置的BFD格式将被作为输出文件的BFD格式。

　　另外还有一些：

　　ASSERT(EXP, MESSAGE)：如果EXP不为真，终止连接过程

　　EXTERN(SYMBOL SYMBOL …)：在输出文件中增加未定义的符号，如同连接器选项-u

　　FORCE_COMMON_ALLOCATION：为common symbol(通用符号)分配空间，即使用了-r连接选项也为其分配

　　NOCROSSREFS(SECTION SECTION …)：检查列出的输出section，如果发现他们之间有相互引用，则报错。对于某些系统，特别是内存较紧张的嵌入式系统，某些section是不能同时存在内存中的，所以他们之间不能相互引用。

　　OUTPUT_ARCH(BFDARCH)：设置输出文件的machine architecture(体系结构)，BFDARCH为被BFD库使用的名字之一。可以用命令objdump -f查看。

　　可通过 man -S 1 ld查看ld的联机帮助， 里面也包括了对这些命令的介绍。

　　6. 对符号的赋值

　　在目标文件内定义的符号可以在链接脚本内被赋值。 (注意和C语言中赋值的不同!) 此时该符号被定义为全局的。 每个符号都对应了一个地址， 此处的赋值是更改这个符号对应的地址。

　　e.g. 通过下面的程序查看变量a的地址：

　　/* a.c */

　　#include

　　int a = 100;

　　int main(void)

　　{

　　printf( “&a=0x%p “， &a );

　　return 0;

　　}/* a.lds */

　　a = 3;

　　$ gcc -Wall -o a-without-lds a.c

　　&a = 0×8049598

　　$ gcc -Wall -o a-with-lds a.c a.lds

　　&a = 0×3

　　注意： 对符号的赋值只对全局变量起作用!

　　一些简单的赋值语句

　　能使用任何c语言内的赋值操作：

　　SYMBOL = EXPRESSION ;

　　SYMBOL += EXPRESSION ;

　　SYMBOL -= EXPRESSION ;

　　SYMBOL *= EXPRESSION ;

　　SYMBOL /= EXPRESSION ;

　　SYMBOL >= EXPRESSION ;

　　SYMBOL &= EXPRESSION ;

　　SYMBOL |= EXPRESSION ;

　　除了第一类表达式外， 使用其他表达式需要SYMBOL被定义于某目标文件。

　　. 是一个特殊的符号，它是定位器，一个位置指针，指向程序地址空间内的某位置(或某section内的偏移，如果它在SECTIONS命令内的某section描述内)，该符号只能在SECTIONS命令内使用。

　　注意：赋值语句包含4个语法元素：符号名、操作符、表达式、分号;一个也不能少。

　　被赋值后，符号所属的section被设值为表达式EXPRESSION所属的SECTION(参看11. 脚本内的表达式)

　　赋值语句可以出现在连接脚本的三处地方：SECTIONS命令内，SECTIONS命令内的section描述内和全局位置;如下，

　　floating_point = 0; /* 全局位置 */

　　SECTIONS

　　{

　　.text :

　　{

　　*(。text)

　　_etext = .; /* section描述内 */

　　}

　　_bdata = (。 + 3) & ~ 4; /* SECTIONS命令内 */

　　.data : { *(。data) }

　　}

　　PROVIDE关键字

　　该关键字用于定义这类符号：在目标文件内被引用，但没有在任何目标文件内被定义的符号。

　　例子：

　　SECTIONS

　　{

　　.text :

　　{

　　*(。text)

　　_etext = .;

　　PROVIDE(etext = .);

　　}

　　}

　　当目标文件内引用了etext符号，确没有定义它时，etext符号对应的地址被定义为。text section之后的第一个字节的地址。

　　7. SECTIONS命令

　　SECTIONS命令告诉ld如何把输入文件的sections映射到输出文件的各个section: 如何将输入section合为输出section; 如何把输出section放入程序地址空间(VMA)和进程地址空间(LMA)。该命令格式如下：

　　SECTIONS

　　{

　　SECTIONS-COMMAND

　　SECTIONS-COMMAND

　　…

　　}

　　SECTION-COMMAND有四种：

　　(1) ENTRY命令

　　(2) 符号赋值语句

　　(3) 一个输出section的描述(output section description)

　　(4) 一个section叠加描述(overlay description)

　　如果整个连接脚本内没有SECTIONS命令， 那么ld将所有同名输入section合成为一个输出section内， 各输入section的顺序为它们被连接器发现的顺序。

　　如果某输入section没有在SECTIONS命令中提到， 那么该section将被直接拷贝成输出section。

　　输出section描述

　　输出section描述具有如下格式：

　　SECTION [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)]

　　{

　　OUTPUT-SECTION-COMMAND

　　OUTPUT-SECTION-COMMAND

　　…

　　} [>REGION] [AT>LMA_REGION] [:PHDR

　　HDR …] [=FILLEXP]

　　[ ]内的内容为可选选项， 一般不需要。

　　SECTION：section名字

　　SECTION左右的空白、圆括号、冒号是必须的，换行符和其他空格是可选的。

　　每个OUTPUT-SECTION-COMMAND为以下四种之一，

　　符号赋值语句

　　一个输入section描述

　　直接包含的数据值

　　一个特殊的输出section关键字

原文出自【比特网】，转载请保留原文链接：http://soft.chinabyte.com/os/104/12255104.shtml#5100