Linux ld链接器

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  • 30

在 Ubuntu Linux 中构建 C 代码时，确实会使用 ld 命令来链接所有的 .o 文件。ld 是 GNU 的链接器，它是 gcc 工具链的一部分，通常会随着 gcc 一起安装在你的系统中。

ld 在链接时会使用一个默认的链接脚本。这个脚本定义了输出文件（通常是一个可执行文件）的内存布局。你可以使用 ld --verbose 命令来查看默认的链接脚本。

➜  /home/mi/local/o62 ld --verbose 
GNU ld (GNU Binutils for Ubuntu) 2.34
  Supported emulations:
   elf_x86_64
   elf32_x86_64
   elf_i386
   elf_iamcu
   elf_l1om
   elf_k1om
   i386pep
   i386pe
using internal linker script:
==================================================
/* Script for -z combreloc -z separate-code */
/* Copyright (C) 2014-2020 Free Software Foundation, Inc.
   Copying and distribution of this script, with or without modification,
   are permitted in any medium without royalty provided the copyright
   notice and this notice are preserved.  */
OUTPUT_FORMAT("elf64-x86-64", "elf64-x86-64",
              "elf64-x86-64")
OUTPUT_ARCH(i386:x86-64)
ENTRY(_start)
SEARCH_DIR("=/usr/local/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu64"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib64"); SEARCH_DIR("=/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib"); SEARCH_DIR("=/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib64"); SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib");
SECTIONS
{
  PROVIDE (__executable_start = SEGMENT_START("text-segment", 0x400000)); . = SEGMENT_START("text-segment", 0x400000) + SIZEOF_HEADERS;
  .interp         : { *(.interp) }
  .note.gnu.build-id  : { *(.note.gnu.build-id) }
  .hash           : { *(.hash) }
  .gnu.hash       : { *(.gnu.hash) }
  .dynsym         : { *(.dynsym) }
  .dynstr         : { *(.dynstr) }
  .gnu.version    : { *(.gnu.version) }
  .gnu.version_d  : { *(.gnu.version_d) }
  .gnu.version_r  : { *(.gnu.version_r) }
  .rela.dyn       :
    {
      *(.rela.init)
      *(.rela.text .rela.text.* .rela.gnu.linkonce.t.*)
      *(.rela.fini)
      *(.rela.rodata .rela.rodata.* .rela.gnu.linkonce.r.*)
      *(.rela.data .rela.data.* .rela.gnu.linkonce.d.*)
      *(.rela.tdata .rela.tdata.* .rela.gnu.linkonce.td.*)
      *(.rela.tbss .rela.tbss.* .rela.gnu.linkonce.tb.*)
      *(.rela.ctors)
      *(.rela.dtors)
      *(.rela.got)
      *(.rela.bss .rela.bss.* .rela.gnu.linkonce.b.*)
      *(.rela.ldata .rela.ldata.* .rela.gnu.linkonce.l.*)
      *(.rela.lbss .rela.lbss.* .rela.gnu.linkonce.lb.*)
      *(.rela.lrodata .rela.lrodata.* .rela.gnu.linkonce.lr.*)
      *(.rela.ifunc)
    }
  .rela.plt       :
    {
      *(.rela.plt)
      PROVIDE_HIDDEN (__rela_iplt_start = .);
      *(.rela.iplt)
      PROVIDE_HIDDEN (__rela_iplt_end = .);
    }
  . = ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE));
  .init           :
  {
    KEEP (*(SORT_NONE(.init)))
  }
  .plt            : { *(.plt) *(.iplt) }
.plt.got        : { *(.plt.got) }
.plt.sec        : { *(.plt.sec) }
  .text           :
  {
    *(.text.unlikely .text.*_unlikely .text.unlikely.*)
    *(.text.exit .text.exit.*)
    *(.text.startup .text.startup.*)
    *(.text.hot .text.hot.*)
    *(SORT(.text.sorted.*))
    *(.text .stub .text.* .gnu.linkonce.t.*)
    /* .gnu.warning sections are handled specially by elf.em.  */
    *(.gnu.warning)
  }
  .fini           :
  {
    KEEP (*(SORT_NONE(.fini)))
  }
  PROVIDE (__etext = .);
  PROVIDE (_etext = .);
  PROVIDE (etext = .);
  . = ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE));
  /* Adjust the address for the rodata segment.  We want to adjust up to
     the same address within the page on the next page up.  */
  . = SEGMENT_START("rodata-segment", ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE)) + (. & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)));
  .rodata         : { *(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r.*) }
  .rodata1        : { *(.rodata1) }
  .eh_frame_hdr   : { *(.eh_frame_hdr) *(.eh_frame_entry .eh_frame_entry.*) }
  .eh_frame       : ONLY_IF_RO { KEEP (*(.eh_frame)) *(.eh_frame.*) }
  .gcc_except_table   : ONLY_IF_RO { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) }
  .gnu_extab   : ONLY_IF_RO { *(.gnu_extab*) }
  /* These sections are generated by the Sun/Oracle C++ compiler.  */
  .exception_ranges   : ONLY_IF_RO { *(.exception_ranges*) }
  /* Adjust the address for the data segment.  We want to adjust up to
     the same address within the page on the next page up.  */
  . = DATA_SEGMENT_ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE), CONSTANT (COMMONPAGESIZE));
  /* Exception handling  */
  .eh_frame       : ONLY_IF_RW { KEEP (*(.eh_frame)) *(.eh_frame.*) }
  .gnu_extab      : ONLY_IF_RW { *(.gnu_extab) }
  .gcc_except_table   : ONLY_IF_RW { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) }
  .exception_ranges   : ONLY_IF_RW { *(.exception_ranges*) }
  /* Thread Local Storage sections  */
  .tdata          :
   {
     PROVIDE_HIDDEN (__tdata_start = .);
     *(.tdata .tdata.* .gnu.linkonce.td.*)
   }
  .tbss           : { *(.tbss .tbss.* .gnu.linkonce.tb.*) *(.tcommon) }
  .preinit_array    :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
    KEEP (*(.preinit_array))
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
  }
  .init_array    :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
    KEEP (*(SORT_BY_INIT_PRIORITY(.init_array.*) SORT_BY_INIT_PRIORITY(.ctors.*)))
    KEEP (*(.init_array EXCLUDE_FILE (*crtbegin.o *crtbegin?.o *crtend.o *crtend?.o ) .ctors))
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
  }
  .fini_array    :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
    KEEP (*(SORT_BY_INIT_PRIORITY(.fini_array.*) SORT_BY_INIT_PRIORITY(.dtors.*)))
    KEEP (*(.fini_array EXCLUDE_FILE (*crtbegin.o *crtbegin?.o *crtend.o *crtend?.o ) .dtors))
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
  }
  .ctors          :
  {
    /* gcc uses crtbegin.o to find the start of
       the constructors, so we make sure it is
       first.  Because this is a wildcard, it
       doesn't matter if the user does not
       actually link against crtbegin.o; the
       linker won't look for a file to match a
       wildcard.  The wildcard also means that it
       doesn't matter which directory crtbegin.o
       is in.  */
    KEEP (*crtbegin.o(.ctors))
    KEEP (*crtbegin?.o(.ctors))
    /* We don't want to include the .ctor section from
       the crtend.o file until after the sorted ctors.
       The .ctor section from the crtend file contains the
       end of ctors marker and it must be last */
    KEEP (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *crtend?.o ) .ctors))
    KEEP (*(SORT(.ctors.*)))
    KEEP (*(.ctors))
  }
  .dtors          :
  {
    KEEP (*crtbegin.o(.dtors))
    KEEP (*crtbegin?.o(.dtors))
    KEEP (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *crtend?.o ) .dtors))
    KEEP (*(SORT(.dtors.*)))
    KEEP (*(.dtors))
  }
  .jcr            : { KEEP (*(.jcr)) }
  .data.rel.ro : { *(.data.rel.ro.local* .gnu.linkonce.d.rel.ro.local.*) *(.data.rel.ro .data.rel.ro.* .gnu.linkonce.d.rel.ro.*) }
  .dynamic        : { *(.dynamic) }
  .got            : { *(.got) *(.igot) }
  . = DATA_SEGMENT_RELRO_END (SIZEOF (.got.plt) >= 24 ? 24 : 0, .);
  .got.plt        : { *(.got.plt) *(.igot.plt) }
  .data           :
  {
    *(.data .data.* .gnu.linkonce.d.*)
    SORT(CONSTRUCTORS)
  }
  .data1          : { *(.data1) }
  _edata = .; PROVIDE (edata = .);
  . = .;
  __bss_start = .;
  .bss            :
  {
   *(.dynbss)
   *(.bss .bss.* .gnu.linkonce.b.*)
   *(COMMON)
   /* Align here to ensure that the .bss section occupies space up to
      _end.  Align after .bss to ensure correct alignment even if the
      .bss section disappears because there are no input sections.
      FIXME: Why do we need it? When there is no .bss section, we do not
      pad the .data section.  */
   . = ALIGN(. != 0 ? 64 / 8 : 1);
  }
  .lbss   :
  {
    *(.dynlbss)
    *(.lbss .lbss.* .gnu.linkonce.lb.*)
    *(LARGE_COMMON)
  }
  . = ALIGN(64 / 8);
  . = SEGMENT_START("ldata-segment", .);
  .lrodata   ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE)) + (. & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)) :
  {
    *(.lrodata .lrodata.* .gnu.linkonce.lr.*)
  }
  .ldata   ALIGN(CONSTANT (MAXPAGESIZE)) + (. & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)) :
  {
    *(.ldata .ldata.* .gnu.linkonce.l.*)
    . = ALIGN(. != 0 ? 64 / 8 : 1);
  }
  . = ALIGN(64 / 8);
  _end = .; PROVIDE (end = .);
  . = DATA_SEGMENT_END (.);
  /* Stabs debugging sections.  */
  .stab          0 : { *(.stab) }
  .stabstr       0 : { *(.stabstr) }
  .stab.excl     0 : { *(.stab.excl) }
  .stab.exclstr  0 : { *(.stab.exclstr) }
  .stab.index    0 : { *(.stab.index) }
  .stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr) }
  .comment       0 : { *(.comment) }
  .gnu.build.attributes : { *(.gnu.build.attributes .gnu.build.attributes.*) }
  /* DWARF debug sections.
     Symbols in the DWARF debugging sections are relative to the beginning
     of the section so we begin them at 0.  */
  /* DWARF 1 */
  .debug          0 : { *(.debug) }
  .line           0 : { *(.line) }
  /* GNU DWARF 1 extensions */
  .debug_srcinfo  0 : { *(.debug_srcinfo) }
  .debug_sfnames  0 : { *(.debug_sfnames) }
  /* DWARF 1.1 and DWARF 2 */
  .debug_aranges  0 : { *(.debug_aranges) }
  .debug_pubnames 0 : { *(.debug_pubnames) }
  /* DWARF 2 */
  .debug_info     0 : { *(.debug_info .gnu.linkonce.wi.*) }
  .debug_abbrev   0 : { *(.debug_abbrev) }
  .debug_line     0 : { *(.debug_line .debug_line.* .debug_line_end) }
  .debug_frame    0 : { *(.debug_frame) }
  .debug_str      0 : { *(.debug_str) }
  .debug_loc      0 : { *(.debug_loc) }
  .debug_macinfo  0 : { *(.debug_macinfo) }
  /* SGI/MIPS DWARF 2 extensions */
  .debug_weaknames 0 : { *(.debug_weaknames) }
  .debug_funcnames 0 : { *(.debug_funcnames) }
  .debug_typenames 0 : { *(.debug_typenames) }
  .debug_varnames  0 : { *(.debug_varnames) }
  /* DWARF 3 */
  .debug_pubtypes 0 : { *(.debug_pubtypes) }
  .debug_ranges   0 : { *(.debug_ranges) }
  /* DWARF Extension.  */
  .debug_macro    0 : { *(.debug_macro) }
  .debug_addr     0 : { *(.debug_addr) }
  .gnu.attributes 0 : { KEEP (*(.gnu.attributes)) }
  /DISCARD/ : { *(.note.GNU-stack) *(.gnu_debuglink) *(.gnu.lto_*) }
}


==================================================
➜  /home/mi/local/o62

地址空间的分配是由链接脚本中的 SECTIONS 命令控制的。SECTIONS 命令定义了各个段（如 .text，.data，.bss 等）在内存中的位置和顺序。

如果你想要修改默认的内存布局，你可以编写自己的链接脚本，并在链接时使用 -T 选项指定你的链接脚本。

  • 方法1：

如果你想使用自定义的链接脚本，你需要在 add_executable 或 add_library 命令之后，使用 target_link_options 命令来添加 -T 选项。以下是一个例子：

# 创建一个可执行文件
add_executable(myexe main.c)

# 添加链接选项
target_link_options(myexe PRIVATE -T ${CMAKE_SOURCE_DIR}/my_link_script.ld)

在这个例子中，${CMAKE_SOURCE_DIR}/my_link_script.ld 是你的链接脚本的路径。你需要将其替换为你实际的链接脚本路径。

注意，这个命令需要 CMake 3.13 或更高版本。如果你的 CMake 版本较低，你可能需要使用 set_target_properties 命令来添加链接选项：

# 创建一个可执行文件
add_executable(myexe main.c)

# 添加链接选项
set_target_properties(myexe PROPERTIES LINK_FLAGS "-T ${CMAKE_SOURCE_DIR}/my_link_script.ld")
  • 方法2：

在 Makefile 中，你可以为链接步骤添加 -T 选项来指定链接脚本。以下是一个例子：

# 指定编译器
CC = gcc

# 指定链接脚本
LDSCRIPT = my_link_script.ld

# 指定源文件
SRCS = main.c

# 指定目标文件
TARGET = myexe

# 编译规则
$(TARGET): $(SRCS)
	$(CC) -o $@ $^ -T $(LDSCRIPT)

在这个例子中，my_link_script.ld 是你的链接脚本的路径。你需要将其替换为你实际的链接脚本路径。

这个 Makefile 会在链接时使用 -T 选项来指定链接脚本，从而控制地址空间的分配。

需要注意的是，修改链接脚本和内存布局是一个复杂的过程，需要对链接器和目标平台有深入的理解。在大多数情况下，使用链接器的默认设置就足够了。

除了使用链接脚本外，还有一些其他的方法可以用来控制地址空间的分配：

  1. 使用编译器选项：一些编译器（如 GCC 和 Clang）提供了选项来控制段的对齐和位置。例如，GCC 的 __attribute__((section("name"))) 可以将函数或变量放入指定的段。

  2. 使用汇编语言：在汇编语言中，你可以直接控制地址空间的布局。你可以使用 .section 指令来创建新的段，并使用 .org 指令来指定地址。

  3. 使用链接器选项：链接器（如 ld）通常提供了一些选项来控制输出文件的内存布局。例如，你可以使用 -Ttext，-Tdata 和 -Tbss 选项来指定 .text，.data 和 .bss 段的起始地址。

  4. 使用操作系统的内存管理功能：在运行时，你可以使用操作系统的内存管理功能（如 mmap，VirtualAlloc 等）来动态地分配和控制地址空间。

需要注意的是，这些方法通常需要对编译器，链接器，汇编语言和操作系统有深入的理解。在大多数情况下，使用链接器的默认设置就足够了。

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