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Linux下的lds链接脚本简介(二)  

2011-10-25 13:34:48|  分类: Linux内核 |  标签: |举报 |字号 订阅

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七、 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。
7.1、输出section描述(基本)
输出section描述具有如下格式:
SECTION-NAME [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-NAME:section名字.SECTION-NAME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。
7.1.1、输出section名字
输出section名字SECTION-NAME必须符合输出文件格式要求,比如:a.out格式的文件只允许存在.text、.data和.bss section名而有的格式只允许存在数字名字,那么此时应该用引号将所有名字内的数字组合在一起;另外,还有一些格式允许任何序列的字符存在于section名字内,此时如果名字内包含特殊字符(比如空格、逗号等),那么需要用引号将其组合在一起。
7.1.2、输出section地址
输出section地址[ADDRESS]是一个表达式,它的值用于设置VMA。如果没有该选项且有REGION选项,那么连接器将根据REGION设置VMA;如果也没有REGION选项,那么连接器将根据定位符号‘.’的值设置该section的VMA,将定位符号的值调整到满足输出section对齐要求后的值,这时输出 section的对齐要求为:该输出section描述内用到的所有输入section的对齐要求中最严格的对齐要求
例子
.text . : { *(.text) }.text : { *(.text) }
这两个描述是截然不同的,第一个将.text section的VMA设置为定位符号的值,而第二个则是设置成定位符号的修调值,满足对齐要求后的。
ADDRESS可以是一个任意表达式,比如,ALIGN(0×10)这将把该section的VMA设置成定位符号的修调值,满足16字节对齐后的
注意:设置ADDRESS值,将更改定位符号的值。
7.1.3、输出section描述
输出section描述OUTPUT-SECTION-COMMAND为以下四种之一:
(1).符号赋值语句
(2).输入section描述
(3).直接包含的数据值
(4).一些特殊的输出section关键字
7.1.3.1、符号赋值语
符号赋值语句已经在《Linux下的lds链接脚本基础(一)》前文介绍过,这里就不累述。
7.1.3.2、输入section描述
最常见的输出section描述命令是输入section描述
输入section描述基本语法:
FILENAME([EXCLUDE_FILE (FILENAME1 FILENAME2 ...) SECTION1 SECTION2 ...)
FILENAME文件名,可以是一个特定的文件的名字,也可以是一个字符串模式。
SECTION名字,可以是一个特定的section名字,也可以是一个字符串模式
例子是最能说明问题的,
*(.text) :表示所有输入文件的.text section
(*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *otherfile.o) .ctors)) :表示除crtend.o、otherfile.o文件外的所有输入文件的.ctors section。
data.o(.data) :表示data.o文件的.data section
data.o :表示data.o文件的所有section
*(.text .data) :表示所有文件的.text section和.data section,顺序是:第一个文件的.text section,第一个文件的.data section,第二个文件的.text section,第二个文件的.data section,...
*(.text) *(.data) :表示所有文件的.text section和.data section,顺序是:第一个文件的.text section,第二个文件的.text section,...,最后一个文件的.text section,第一个文件的.data section,第二个文件的.data section,...,最后一个文件的.data section
下面看连接器是如何找到对应的文件的。
FILENAME是一个特定的文件名时,连接器会查看它是否在连接命令行内出现或在INPUT命令中出现。
FILENAME是一个字符串模式时,连接器仅仅只查看它是否在连接命令行内出现。
注意:如果连接器发现某文件在INPUT命令内出现,那么它会在-L指定的路径内搜寻该文件。
字符串模式内可存在以下通配符:
* :表示任意多个字符
? :表示任意一个字符
[CHARS] :表示任意一个CHARS内的字符,可用-号表示范围,如:a-z
表示引用下一个紧跟的字符
在文件名内,通配符不匹配文件夹分隔符/,但当字符串模式仅包含通配符*时除外。
任何一个文件的任意section只能在SECTIONS命令内出现一次。
看如下例子
SECTIONS {
.data : { *(.data) }
.data1 : { data.o(.data) }
}
data.o文件的.data section在第一个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内被使用了,那么在第二个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内将不会再被使用,也就是说即使连接器不报错,输出文件的.data1 section的内容也是空的。
再次强调:连接器依次扫描每个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内的文件名,任何一个文件的任何一个section都只能使用一次
读者可以用-M连接命令选项来产生一个map文件,它包含了所有输入section到输出section的组合信息。
再看个例子
SECTIONS {
.text : { *(.text) }
.DATA : { [A-Z]*(.data) }
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss) }
}
这个例子中说明,所有文件的输入.text section组成输出.text section;所有以大写字母开头的文件的.data section组成输出.DATA section,其他文件的.data section组成输出.data section;所有文件的输入.bss section组成输出.bss section。
可以用SORT()关键字对满足字符串模式的所有名字进行递增排序,如SORT(.text*)
通用符号(common symbol)的输入section
在许多目标文件格式中,通用符号并没有占用一个section。连接器认为:输入文件的所有通用符号在名为COMMON的section内。
例子,
.bss { *(.bss) *(COMMON) }
这个例子中将所有输入文件的所有通用符号放入输出.bss section内。可以看到COMMOM section的使用方法跟其他section的使用方法是一样的。
有些目标文件格式把通用符号分成几类。例如,在MIPS elf目标文件格式中,把通用符号分成standard common symbols(标准通用符号)和small common symbols(微通用符号,不知道这么译对不对?),此时连接器认为所有standard common symbols在COMMON section内,而small common symbols在.scommon section内
在一些以前的连接脚本内可以看见[COMMON],相当于*(COMMON),不建议继续使用这种陈旧的方式。
输入section和垃圾回收
在连接命令行内使用了选项–gc-sections后,连接器可能将某些它认为没用的section过滤掉,此时就有必要强制连接器保留一些特定的 section,可用KEEP()关键字达此目的。如KEEP(*(.text))或KEEP(SORT(*)(.text))
最后我们看个简单的输入section相关例子:
SECTIONS {
outputa 0×10000 :
{
all.o
foo.o (.input1)
}
outputb :
{
foo.o (.input2)
foo1.o (.input1)
}
outputc :
{
*(.input1)
*(.input2)
}
}
本例中,将all.o文件的所有section和foo.o文件的所有(一个文件内可以有多个同名section).input1 section依次放入输出outputa section内,该section的VMA是0×10000;将foo.o文件的所有.input2 section和foo1.o文件的所有.input1 section依次放入输出outputb section内,该section的VMA是当前定位器符号的修调值(对齐后);将其他文件(非all.ofoo.ofoo1.o)文件的. input1 section和.input2 section放入输出outputc section内。
7.1.3.3、直接包含数据值
可以显示地在输出section内填入你想要填入的信息(这样是不是可以自己通过连接脚本写程序?当然是简单的程序)。
BYTE(EXPRESSION) 1 字节
SHORT(EXPRESSION) 2 字节
LOGN(EXPRESSION) 4 字节
QUAD(EXPRESSION) 8 字节
SQUAD(EXPRESSION) 64位处理器的代码时,8 字节
输出文件的字节顺序big endianness 或little endianness,可以由输出目标文件的格式决定;如果输出目标文件的格式不能决定字节顺序,那么字节顺序与第一个输入文件的字节顺序相同。
BYTE(1)LANG(addr)
注意,这些命令只能放在输出section描述内,其他地方不行。
错误SECTIONS { .text : { *(.text) } LONG(1) .data : { *(.data) } }
正确SECTIONS { .text : { *(.text) LONG(1) } .data : { *(.data) } }
在当前输出section内可能存在未描述的存储区域(比如由于对齐造成的空隙),可以用FILL(EXPRESSION)命令决定这些存储区域的内容, EXPRESSION的前两字节有效,这两字节在必要时可以重复被使用以填充这类存储区域。如FILE(0×9090)。在输出section描述中可以有=FILEEXP属性,它的作用如同FILE()命令,但是FILE命令只作用于该FILE指令之后的section区域,而=FILEEXP属性作用于整个输出section区域,且FILE命令的优先级更高!!!
7.1.3.4、特殊的输出section关键字
在输出section描述OUTPUT-SECTION-COMMAND中还可以使用一些特殊的输出section关键字。
CREATE_OBJECT_SYMBOLS :为每个输入文件建立一个符号,符号名为输入文件的名字。每个符号所在的section是出现该关键字的section。
CONSTRUCTORS :与c++内的(全局对象的)构造函数和(全局对像的)析构函数相关,下面将它们简称为全局构造全局析构
对于a.out目标文件格式,连接器用一些不寻常的方法实现c++的全局构造和全局析构。
当连接器生成的目标文件格式不支持任意section名字时,比如说ECOFFXCOFF格式,连接器将通过名字来识别全局构造和全局析构,对于这些文件格式,连接器把与全局构造和全局析构的相关信息放入出现 CONSTRUCTORS关键字的输出section内
符号__CTORS_LIST__表示全局构造信息的的开始处,__CTORS_END__表示全局构造信息的结束处。
符号__DTORS_LIST__表示全局构造信息的的开始处,__DTORS_END__表示全局构造信息的结束处。
这两块信息的开始处是一字长的信息,表示该块信息有多少项数据,然后以值为零的一字长数据结束。
一般来说,GNU C++在函数__main内安排全局构造代码的运行,而__main函数被初始化代码(在main函数调用之前执行)调用。是不是对于某些目标文件格式才这样???
对于支持任意section名的目标文件格式,比如COFF、ELF格式,GNU C++将全局构造和全局析构信息分别放入.ctors section和.dtors section内,然后在连接脚本内加入如下,
__CTOR_LIST__ = .;
LONG((__CTOR_END__ – __CTOR_LIST__) / 4 – 2)
*(.ctors)
LONG(0)
__CTOR_END__ = .;
__DTOR_LIST__ = .;
LONG((__DTOR_END__ – __DTOR_LIST__) / 4 – 2)
*(.dtors)
LONG(0)
__DTOR_END__ = .;
如果使用GNU C++提供的初始化优先级支持(它能控制每个全局构造函数调用的先后顺序),那么请在连接脚本内把CONSTRUCTORS替换成SORT (CONSTRUCTS),把*(.ctors)换成*(SORT(.ctors)),把*(.dtors)换成*(SORT(.dtors))。一般来说,默认的连接脚本已作好的这些工作。
修改定位器
我们可以对定位器符合。进行赋值来修改定位器的值。
示例
SECTIONS
{
. = SIZEOF_HEADERS;
.text : { *(.text) }
. = 0×10000;
.data : { *(.data) }
. = 0×8000000;
.bss : { *(.bss) }
}
输出section的丢弃
对于.foo: { *(.foo) },如果没有任何一个输入文件包含.foo section,那么连接器将不会创建.foo输出section。但是如果在这些输出section描述内包含了非输入section描述命令(如符号赋值语句),那么连接器将总是创建该输出section。
另外,有一个特殊的输出section,名为/DISCARD/被该section引用的任何输入section将不会出现在输出文件内,这就是DISCARD的意思吧。如果/DISCARD/ section被它自己引用呢?想想看。
7.2、输出section描述(进阶)
我们再回顾以下输出section描述的文法:
SECTION-NAME [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)]
{
OUTPUT-SECTION-COMMAND
OUTPUT-SECTION-COMMAND
} [>REGION] [AT>LMA_REGION] [:PHDR HDR ...] [=FILLEXP]
前面我们介绍了SECTIONADDRESSOUTPUT-SECTION-COMMAND相关信息,下面我们将介绍其他属性。
7.2.1、输出section的类型
可以通过[(TYPE)]设置输出section的类型如果没有指定TYPE类型,那么连接器根据输出section引用的输入section的类型设置该输出section的类型。它可以为以下五种值,
NOLOAD :该section在程序运行时,不被载入内存。
DSECT,COPY,INFO,OVERLAY :这些类型很少被使用,为了向后兼容才被保留下来。这种类型的section必须被标记为“不可加载的”,以便在程序运行不为它们分配内存。
默认值是多少呢?Puzzle!
7.2.2、输出section的LMA 
默认情况下,LMA等于VMA,但可以通过[AT(LMA)]项,即关键字AT()指定LMA
用关键字AT()指定,括号内包含表达式,表达式的值用于设置LMA。如果不用AT()关键字,那么可用AT>LMA_REGION达式设置指定该section加载地址的范围。这个属性主要用于构件ROM境象。
例子
SECTIONS
{
.text 0×1000 : {_etext = . ;*(.text);  }
.mdata 0×2000 :
AT ( ADDR (.text) + SIZEOF (.text) )
{ _data = . ; *(.data); _edata = . ; }
.bss 0×3000 :
{ _bstart = . ; *(.bss) *(COMMON) ; _bend = . ;}
}
程序如下,
extern char _etext, _data, _edata, _bstart, _bend;
char *src = &_etext;
char *dst = &_data;
/* ROM has data at end of text; copy it. */
while (dst rom }
7.2.3、设置输出section所在的程序段
可以通过[:PHDR HDR ...]项将输出section放入预先定义的程序段(program segment)内。如果某个输出section设置了它所在的一个或多个程序段,那么接下来定义的输出section的默认程序段与该输出 section的相同。除非再次显示地指定。例子,
PHDRS { text PT_LOAD ; }
SECTIONS { .text : { *(.text) } :text }
可以通过:NONE指定连接器不把该section放入任何程序段内。详情请查看PHDRS命令
7.2.4、设置输出section的填充模版
这个在前面提到过,任何输出section描述内的未指定的内存区域,连接器用该模版填充该区域。我们可以通过[=FILLEXP]项设置填充值。用法:=FILEEXP,前两字节有效,当区域大于两字节时,重复使用这两字节以将其填满。例子,
SECTIONS { .text : { *(.text) } =0×9090 }
7.3、覆盖图(overlay)描述
覆盖图描述使两个或多个不同的section占用同一块程序地址空间。覆盖图管理代码负责将section的拷入和拷出。考虑这种情况,当某存储块的访问速度比其他存储块要快时,那么如果将section拷到该存储块来执行或访问,那么速度将会有所提高,覆盖图描述就很适合这种情形文法如下,
SECTIONS {
OVERLAY [START] : [NOCROSSREFS] [AT ( LDADDR )]
{
SECNAME1
{
OUTPUT-SECTION-COMMAND
OUTPUT-SECTION-COMMAND
} [:PHDR...] [=FILL]
SECNAME2
{
OUTPUT-SECTION-COMMAND
OUTPUT-SECTION-COMMAND
} [:PHDR...] [=FILL]
} [>REGION] [:PHDR...] [=FILL]
}
由以上文法可以看出,同一覆盖图内的section具有相同的VMA。这里VMA由[START决定。SECNAME2的LMA为SECTNAME1的LMA加上SECNAME1的大小,同理计算SECNAME2,3,4…的LMA。SECNAME1的LMALDADDR决定,如果它没有被指定,那么由START决定,如果它也没有被指定,那么由当前定位符号的值决定。
NOCROSSREFS关键字说明各section之间不能交叉引用,否则报错。
对于OVERLAY描述的每个section,连接器将定义两个符号__load_start_SECNAME__load_stop_SECNAME,这两个符号的值分别代表SECNAME section的LMA地址的开始结束
连接器处理完OVERLAY描述语句后,将定位符号的值加上所有覆盖图内section大小的最大值。
示例:
SECTIONS{
OVERLAY 0×1000 : AT (0×4000)
{
.text0 { o1/*.o(.text) }
.text1 { o2/*.o(.text) }
}
}
.text0 section和.text1 section的VMA地址是0×1000.text0 section加载于地址0×4000.text1 section紧跟在其后。
程序代码,拷贝.text1 section代码,
extern char __load_start_text1, __load_stop_text1;
memcpy ((char *) 0×1000, &__load_start_text1,&__load_stop_text1 &__load_start_text1);
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