lds 语法简介
lds 語法簡介
基本概念
link script 鏈接腳本
如何將輸入文件的section放進輸出文件中，并控制輸出文件內各部分在程序地址空間中的布局
鏈接器將一個或多個輸入文件合成一個輸出文件
輸入文件： 目標文件 或者 鏈接腳本文件
輸出文件： 目標文件 或 可執行文件
目標文件一般為 ELF 格式
ELF 格式
分四個部分
ELF Header: 標識：1. 文件類型 2. 體系結構 3. 文件版本 4. 程序入口地址 5. Program Header 的偏移量 6. Section Table 的偏移量 7. e_flags 8. ELF Header 大小 9. Program Header table 的條目大小 10. Program Header 條目數量 11. Section Table 條目大小 12. Section Table 條目數量 13. 包含節名稱的字符串是第幾個節
Program Header Table: 描述一個段在文件中的位置，大小，以及放進內存后所在的位置和大小
Section: 特別的在 .so文件中有符號表、字符串表、重定位表、GOT表等。
Section header Table: 描述Section的名字、類別、特性、在內存中的虛擬地址、在文件中的偏移、大小等
【補充】ELF格式提供了兩種視圖：鏈接視圖、執行視圖
鏈接視圖以節為單位，執行視圖以段為單位。
可以用readelf -S 來查看Section，用 readelf -segments 來查看執行視圖， -h 查看 header
當ELF文件被加載到內存中后，系統會將多個具有相同權限（flg值）section合并一個segment。操作系統往往以頁為基本單位來管理內存分配，一般頁的大小為4096B，即4KB的大小。同時，內存的權限管理的粒度也是以頁為單位，頁內的內存是具有同樣的權限等屬性，并且操作系統對內存的管理往往追求高效和高利用率這樣的目標。ELF文件在被映射時，是以系統的頁長度為單位的，那么每個section在映射時的長度都是系統頁長度的整數倍，如果section的長度不是其整數倍，則導致多余部分也將占用一個頁。而我們從上面的例子中知道，一個ELF文件具有很多的section，那么會導致內存浪費嚴重。這樣可以減少頁面內部的碎片，節省了空間，顯著提高內存利用率。
Section
目標文件的每個section至少包含兩個信息: 名字和大小. 大部分section還包含與它相關聯的一塊數據, 稱為section contents(section內容). 一個section可被標記為“loadable(可加載的)”或“allocatable(可分配的)”.
loadable section: 在輸出文件運行時, 相應的section內容將被載入進程地址空間中.
allocatable section: 內容為空的section可被標記為“可分配的”. 在輸出文件運行時, 在進程地址空間中空出大小同section指定大小的部分. 某些情況下, 這塊內存必須被置零.
如果一個section不是“可加載的”或“可分配的”, 那么該section通常包含了調試信息. 可用objdump -h命令查看相關信息.
每個“可加載的”或“可分配的”輸出section通常包含兩個地址: VMA(virtual memory address虛擬內存地址或程序地址空間地址) 和 LMA(load memory address加載內存地址或進程地址空間地址). 通常VMA和LMA是相同的.
在目標文件中, loadable或allocatable的輸出section有兩種地址: VMA(virtual Memory Address)和LMA(Load Memory Address). VMA是執行輸出文件時section所在的地址, 而LMA是加載輸出文件時section所在的地址. 一般而言, 某section的VMA == LMA. 但在嵌入式系統中, 經常存在加載地址和執行地址不同的情況: 比如將輸出文件加載到開發板的flash中(由LMA指定), 而在運行時將位于flash中的輸出文件復制到SDRAM中(由VMA指定).
可這樣來理解VMA和LMA, 假設:
(1) .data section對應的VMA地址是0×08050000, 該section內包含了3個32位全局變量, i、j和k, 分別為1,2,3.
(2) .text section內包含由”printf( “j=%d “, j );”程序片段產生的代碼.
鏈接時指定.data section的VMA為0×08050000, 產生的printf指令是將地址為0×08050004處的4字節內容作為一個整數打印出來。
如果.data section的LMA為0×08050000，顯然結果是j=2
如果.data section的LMA為0×08050004，顯然結果是j=1
還可這樣理解LMA:
.text section內容的開始處包含如下兩條指令(intel i386指令是10字節，每行對應5字節):
jmp 0×08048285
movl $0×1,%eax
如果.text section的LMA為0×08048280, 那么在進程地址空間內0×08048280處為“jmp 0×08048285”指令, 0×08048285處為movl $0×1,%eax指令. 假設某指令跳轉到地址0×08048280, 顯然它的執行將導致%eax寄存器被賦值為1.
如果.text section的LMA為0×08048285, 那么在進程地址空間內0×08048285處為“jmp 0×08048285”指令, 0×0804828a處為movl $0×1,%eax指令. 假設某指令跳轉到地址0×08048285, 顯然它的執行又跳轉到進程地址空間內0×08048285處, 造成死循環.
( 我理解這里應該是說明了VMA是進程自己的地址空間內的，而 LMA 則是真實的執行地址，反而與他前文所說不太一樣)
符號(symbol): 每個目標文件都有符號表(SYMBOL TABLE), 包含已定義的符號(對應全局變量和static變量和定義的函數的名字)和未定義符號(未定義的函數的名字和引用但沒定義的符號)信息.
符號值: 每個符號對應一個地址, 即符號值(這與c程序內變量的值不一樣, 某種情況下可以把它看成變量的地址). 可用nm命令查看它們. (nm的使用方法可參考本blog的GNU binutils筆記)
LDS 語法
SECTIONS
描述文件的內存布局
例子：
SECTIONS {. = 0X10000;.text : { *(.text) }. = 0x8000000;.data : { *(.data) }.bss : { *(.bss) } }上例中, 在’SECTIONS’命令中的第一行是對一個特殊的符號’.‘賦值, 這是一個定位計數器. 如果你沒有以其它的方式指定輸出節的地址(其他方式在后面會描述), 那地址值就會被設為定位計數器的現有值. 定位計數器然后被加上輸出節的尺寸. 在’SECTIONS’命令的開始處, 定位計數器擁有值’0’.
第二行定義一個輸出節,’.text’. 冒號是語法需要,現在可以被忽略. 節名后面的花括號中,你列出所有應當被放入到這個輸出節中的輸入節的名字. ’*‘是一個通配符,匹配任何文件名. 表達式’*(.text)‘意思是所有的輸入文件中的’.text’輸入節. 這里的輸出的.text節將會是所有輸入文件的.text的合并
因為當輸出節’.text’定義的時候, 定位計數器的值是’0x10000’,連接器會把輸出文件中的’.text’節的地址設為’0x10000’.
余下的內容定義了輸出文件中的’.data’節和’.bss’節. 連接器會把’.data’輸出節放到地址’0x8000000’處. 連接器放好’.data’輸出節之后, 定位計數器的是’0x8000000’加上’.data’輸出節的長度. 得到的結果是鏈接器會把’.bss’輸出節放到緊接’.data’節后面的位置.
這里也是說明了，鏈接器在讀完每一個section的描述之后，就會將定位器符號的值加上這個section的大小。
連接器會通過在必要時增加定位計數器的值來保證每一個輸出節具有它所需的對齊. 在這個例子中, 為’.text’和’.data’節指定的地址會滿足對齊約束, 但是連接器可能會需要在’.data’和’.bss’節之間創建一個小的缺口.
. 符號只能在SECTIONS內使用
輸出Section的格式
SECTION-NAME [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)]
{
OUTPUT-SECTION-COMMAND
OUTPUT-SECTION-COMMAND
…
} [>REGION] [AT>LMA_REGION] [:PHDR HDR …] [=FILLEXP]
[ ]內的內容為可選選項, 一般不需要.
Entry(SYMBOL)
把SYMBOL的值設置為入口地址
這里ld 有多種方法設置入口地址，優先級從高到低如下：
ld命令行的-e選項
連接腳本的ENTRY(SYMBOL)命令
如果定義了start符號, 使用start符號值
如果存在.text section, 使用.text section的第一字節的位置值
使用值0
INCLUDE filename
包含其他名為filename 的鏈接腳本
腳本搜索路徑由 -L 選項指定
INPUT files
設置files為輸入文件，會先在當前目錄尋找，如果沒有，可以去-L指定的路徑下尋找
OUTPUT filename
輸出文件的名字，相當于 ld -o，不過 ld -o 的優先級更高
SEARCH_DIR path
相當于 -L ，-L 優先級更高
STARTUP filename
指定 filename 為第一個輸入文件
ASSERT exp, message
如果exp不為真，終止
EXTERN symbol
在輸出文件中增加未定義的符號
FORCE_COMMON_ALLOCATION
為通用符號分配空間
PROVIDE + symbol
對于在目標文件內被引用，但是沒有任何目標文件內被定義的符號，使用PROVIDE進行定義
KEEP
可以保留一些特定的section不被鏈接器過濾掉
ABSOLUTE
在section的描述中，鏈接器取其相對值，也就是相對Section開始的偏移。如果希望取這個值的絕對值，就可以使用ABSOLUTE命令，就能取到相對值+Section所在的VMA值
實例
cortex-m3-emulator/link.lds
/* * Copyright (c) 2020 AIIT XUOS Lab * XiUOS is licensed under Mulan PSL v2. * You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2. * You may obtain a copy of Mulan PSL v2 at: * http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2 * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ON AN "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND, * EITHER EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO NON-INFRINGEMENT, * MERCHANTABILITY OR FIT FOR A PARTICULAR PURPOSE. * See the Mulan PSL v2 for more details. */MEMORY {flash (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 256Ksram (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K } OUTPUT_ARCH(arm) // 規定了輸出的體系結構為ARM__SYSTEM_STACKSIZE__ = 0x1000;ENTRY(Reset_Handler) // 初始為Reset_Handler SECTIONS {.text :{. = ALIGN(4);KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code 中斷向量 */. = ALIGN(4);*(.text .text.*) *(.rodata .rodata*) /* read-only data (constants) */*(.glue_7)*(.glue_7t)/* section information for shell */. = ALIGN(4);_shell_command_start = .; // shell 執行代碼KEEP (*(shellCommand))_shell_command_end = .;. = ALIGN(4);__isrtbl_idx_start = .; // 中斷向量表KEEP(*(.isrtbl.idx))__isrtbl_start = .;KEEP(*(.isrtbl))__isrtbl_end = .;. = ALIGN(4);PROVIDE(g_service_table_start = ABSOLUTE(.));KEEP(*(.g_service_table)) // 存儲了服務表PROVIDE(g_service_table_end = ABSOLUTE(.));PROVIDE(_etext = ABSOLUTE(.));_etext = .; // 在末端記錄.text的結束地址} > flash = 0__exidx_start = .;.ARM.exidx :{*(.ARM.exidx* .gnu.linkonce.armexidx.*)_sidata = .;} > flash__exidx_end = .;.data : AT (_sidata){. = ALIGN(4);_sdata = . ;*(.data)*(.data.*). = ALIGN(4);_edata = . ;} >sram__bss_start = .;.bss :{. = ALIGN(4);_sbss = .;*(.bss)*(COMMON). = ALIGN(4);_ebss = . ;} > sram__bss_end = .;_end = .;.stack ORIGIN(sram) + LENGTH(sram) - __SYSTEM_STACKSIZE__ :{PROVIDE( _heap_end = . );. = __SYSTEM_STACKSIZE__;PROVIDE( _sp = . );} >sram }存疑
總結
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