程序员的自我修养（链接、装载与库）--摘录与汇总（一）

指令和地址分开原因：（P59）

1、独立权限，防止程序指令非预期改写

程序装载后，数据和指令分别被映射到两个虚存区域。由于数据区域对于进程来说是可读写的，而指令区域对于进程来说是只读的，所以这两个虚存区域的权限可以被分别设置为可读写和只读。这样可以防止程序的指令被有意或者无意地改写。

2、提高 CPU 缓存命中率

指令区和数据区的分离有利于提高程序的局部性。

3、节省内存占用

等系统中运行着多个该程序的副本时，他们的指令都是一样的，所以内存中只需要保存一份该程序的指令部分。而每个副本进程的数据区域是不一样的，他们是进程私有的。

.bss 段和 .data 段（P59、P65、P66、P111）

.bss 段只是为“未初始化的全局变量和局部静态变量预留位置，它并没有内容，所以它在文件中不占据空间”
.data 段保存的是“已经初始化了的全局静态变量和局部静态变量”

注：有些编译器会将全局的未初始化变量存放在目标文件的.bss 段，有些则不存放，只是预留一个未定义的全局变量符号，等到最终链接成可执行文件的时候再在.bss 段分配空间。原则上讲，我们可以简单地把它当做全局未初始化变量存放在.bss段。值得一提的是编译单元内部可见的静态变量的确是存放在.bss 段的

原因：

1、“未初始化的全局变量”在目标文件中并未放到 .bss 段中，而是标记为一个 COMMON 类型的变量，这是因为“未初始化的全局变量”是一个弱符号，其最终占用的大小未知，所以编译器此时无法为该弱符号在 BSS 段分配空间
，也即不能放在 .bss 段中，而链接器在链接过程中就能确定弱符号的大小了，所以“未初始化的全局变量”可以放在最终输出文件的 .bss 段中

现在我们再回头总结性地思考关于未初始化的全局变量的问题：在目标文件中，编译器
为什么不直接把未初始化的全局变量也当作未初始化的局部静态变量一样处理，为它在 BSS
段分配空间，而是将其标记为一个 COMMON 类型的变量？
通过了解链接器处理多个弱符号的过程，我们可以想到，当编译器将一个编译单元编译
成目标文件的时候，如果该编译单元包含了弱符号（末初始化的全局变量就是典型的弱符
号)，那么该弱符号最终所占空间的大小在此时是未知的，因为有可能其他编译单元中该符
号所占的空间比本编译单元该符号所占的空问要大。所以编译器此时无法为该弱符号在 BSS
段分配空间，因为所须要空间的大小末知。但是链接器在链接过程中可以确定弱符号的大小，
因为当链接器读取所有输入目标文件以后，任何一个弱符号的最终大小都可以确定了，所以
它可以在最终输出文件的 BSS 段为其分配空间。所以总体米看，未初始化全局变量最终还
是被放在 BSS 段的。
关于多个文件中出现同一个变量的多个定义的原因，还有一种说法是由于早期C 语言
程序员粗心大意，经常忘记在声明变量时在前面加上〝extern”关键字，使得编译器
会在多个目标文件中产生同一个变量的定义。为了解决这个问题，编译器和链接器干
脆就把未初始化的变量都当作 COMMON 类型的处理。

2、两个或两个以上弱符号类型不一致的处理：
当不同目标文件需要的空间大小不一致时，以最大的那块为准。在这里插入图片描述
.bss 段在目标文件和可执行文件中并不占用文件的空间，但是它在装载时占用地址空间（P100）

输出文件中的空间如何分配给输入文件（链接过程的空间与地址分配）（P100）

相似段合并
在这里插入图片描述

在链接之前，目标文件中的所有段的 VMA(虚拟地址 Virtual Memory Address) 都是 0，因为虚拟空间还没有被分配，所以他们默认都为 0，等到链接之后，可执行文件中的各个段都被分配到了相应的虚拟地址。

整个链接过程前后，目标文件各段的分配、程序虚拟地址如下图：
在这里插入图片描述

两步链接 – 链接器虚拟空间分配策略（P100）

空间与地址分配

收集段信息，合并段，建立映射

符号解析与重定位

符号解析，重定位，调整代码中的地址

在这里插入图片描述

反汇编结果解读（P104）

在这里插入图片描述

重定位表

对于可重定位的 ELF 文件来说，它必须包含有重定位表，用来描述如何修改相应的段
里的内容。对于每个要被重定位的 ELF 段都有一个对应的重定位表，而一个重定位表往往就是 ELF 文件中的一个段，所以其实重定位表也可以叫重定位段，我们在这里统一称作重定位表。比如代码段“text”如有要被重定位的地方，那么会有一个相对应叫“ rel.text” 的段保存了代码段的重定位表：如果代码段“.data” 有要被重定位的地方，就会有
一个相对应“rel.data”的段保存了数据段的重定位表。我们可以使用 objdump 来查看目标文件的重定位表，objdump -r a.o