gcc/ld:静态链接的ELF二进制文件中的重叠节(.tbss,.init_array)

Question

我正在使用gcc版本4.8.2(Debian 4.8.2-21)在x86_64机器上的Debian 7系统上静态编译一个非常简单的hello-world单行程序:

gcc test.c -static -o test

我得到一个可执行的ELF文件,其中包括以下部分:

[17] .tdata            PROGBITS         00000000006b4000  000b4000
     0000000000000020  0000000000000000 WAT       0     0     8
[18] .tbss             NOBITS           00000000006b4020  000b4020
     0000000000000030  0000000000000000 WAT       0     0     8
[19] .init_array       INIT_ARRAY       00000000006b4020  000b4020
     0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8
[20] .fini_array       FINI_ARRAY       00000000006b4030  000b4030
     0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8
[21] .jcr              PROGBITS         00000000006b4040  000b4040
     0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
[22] .data.rel.ro      PROGBITS         00000000006b4060  000b4060
     00000000000000e4  0000000000000000  WA       0     0     32

注意,该.tbss部分分配在地址0x6b4020..0x6b4050(0x30字节),它与.init_array0x6b4020..0x6b4030(0x10字节).fini_array部分的分配相交,部分位于0x6b4030..0x6b4040(0x10字节),.jcr部分位于0x6b4040..0x6b4048 (8个字节).

注意它不包含以下几个部分相交,例如.data.rel.ro,但这可能是因为.data.rel.ro定位是32,因此它不能被放置在任何早于0x6b4060.

生成的文件运行正常,但我仍然没有完全了解它是如何工作的.从我在glibc文档中读到的内容来看,它.tbss是.bss线程本地存储的唯一部分(即分配的内存暂存空间,实际上并未映射到物理文件中).该.tbss部分是如此特殊以至于它可以与其他部分重叠吗？是.init_array,.fini_array并且.jcr是如此无用(例如,它们不再需要它们,然后TLS相关的代码运行),所以它们可以被bss覆盖？或者它是某种错误？

基本上,如果我尝试在我的应用程序中读取地址0x6b4020,我会读取和写入什么？.tbss内容或.init_array指针？为什么？

Answer 1

虚拟地址.tbss没有意义,因为该部分仅用作由GLIBC中的线程实现分配的TLS存储的模板.

此虚拟地址的实现方式.tbss如下所示.tbdata:默认链接描述文件:

...
.gcc_except_table   : ONLY_IF_RW { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) }
/* Thread Local Storage sections  */
.tdata          : { *(.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(.init_array.*)))
   KEEP (*(.init_array))
   PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
}
...

因此,它的虚拟地址只是前一节(.tbdata)的虚拟地址加上前一节的大小(最终有一些填充以达到所需的对齐)..init_array(或者.preinit_array如果存在的话)接下来,它的位置应该以相同的方式确定,但是.tbss已知它非常特殊,在GNU LD中给出了一个深度硬编码的处理:

/* .tbss sections effectively have zero size.  */
if ((os->bfd_section->flags & SEC_HAS_CONTENTS) != 0
    || (os->bfd_section->flags & SEC_THREAD_LOCAL) == 0
    || link_info.relocatable)
  dotdelta = TO_ADDR (os->bfd_section->size);
else
  dotdelta = 0;    // <----------------
dot += dotdelta;

.tbss不可重定位,它SEC_THREAD_LOCAL设置了标志,并且没有contents(NOBITS),因此采用了else分支.换句话说,无论它有多大.tbss,链接器都不会提前跟随它的部分的位置(也称为"点").

另请注意,它.tbss位于不可加载的ELF段中:

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
                 0x00000000000b1f24 0x00000000000b1f24  R E    200000
  LOAD           0x00000000000b2000 0x00000000006b2000 0x00000000006b2000
                 0x0000000000002288 0x00000000000174d8  RW     200000
  NOTE           0x0000000000000158 0x0000000000400158 0x0000000000400158
                 0x0000000000000044 0x0000000000000044  R      4
  TLS            0x00000000000b2000 0x00000000006b2000 0x00000000006b2000 <---+
                 0x0000000000000020 0x0000000000000060  R      8              |
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000     |
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     8              |
                                                                              |
 Section to Segment mapping:                                                  |
  Segment Sections...                                                         |
   00     .note.ABI-tag ...                                                   |
   01     .tdata .ctors ...                                                   |
   02     .note.ABI-tag ...                                                   |
   03     .tdata .tbss    <---------------------------------------------------+
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