目标文件重定位表中条目的含义

Question

我在理解从 C 源文件编译的重定位表的条目时遇到了一些问题。我的程序如下：

//a.c
extern int shared;
int main(){
    int a = 100;
    swap(&a, &shared);
    a = 200;
    shared = 1;
    swap(&a, &shared);
}
//b.c
int shared = 1;
void swap(int* a, int* b) {
    if (a != b)
        *b ^= *a ^= *b, *a ^= *b;
}

我使用以下命令gcc -c -fno-stack-protector a.c b.c和ld a.o b.o -e main -o ab. 然后我objdump -r a.o检查它的重定位表。

RELOCATION RECORDS FOR [.text]:
OFFSET           TYPE              VALUE 
0000000000000014 R_X86_64_32       shared
0000000000000021 R_X86_64_PC32     swap-0x0000000000000004
000000000000002e R_X86_64_PC32     shared-0x0000000000000008
000000000000003b R_X86_64_32       shared
0000000000000048 R_X86_64_PC32     swap-0x0000000000000004

的拆卸a.o是

Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
0:  55                      push   %rbp
1:  48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
4:  48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
8:  c7 45 fc 64 00 00 00    movl   $0x64,-0x4(%rbp)
f:  48 8d 45 fc             lea    -0x4(%rbp),%rax
13: be 00 00 00 00          mov    $0x0,%esi
18: 48 89 c7                mov    %rax,%rdi
1b: b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
20: e8 00 00 00 00          callq  25 <main+0x25>
25: c7 45 fc c8 00 00 00    movl   $0xc8,-0x4(%rbp)
2c: c7 05 00 00 00 00 01    movl   $0x1,0x0(%rip)  # 36 <main+0x36>
33: 00 00 00 
36: 48 8d 45 fc             lea    -0x4(%rbp),%rax
3a: be 00 00 00 00          mov    $0x0,%esi
3f: 48 89 c7                mov    %rax,%rdi
42: b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
47: e8 00 00 00 00          callq  4c <main+0x4c>
4c: b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
51: c9                      leaveq 
52: c3                      retq  

我的问题是： shared在 14 和shared2e 是完全相同的对象。为什么它们有不同的符号名称？

Answer 1

这是相同的地址，但重定位类型不同。重定位类型在x86-64-abi中定义。

有什么不同？

At 0x14and 0x3b：必须将全局变量的地址shared移至寄存器%rsi才能调用该函数swap。

但是，因为程序是用-mcmodel=small（gcc的默认值，另请参阅这个问题）编译的，所以编译器可以假设该地址适合32位并使用movl而不是movq（实际上编译器会使用其他指令，但movl与“naive”相比movq很好地解释了差异），这需要编码更多字节。

因此，最终的重定位是R_X86_64_32（即 64 位地址在没有符号扩展的情况下截断为 32 位）而不是R_X86_64_64，即链接器将写入地址的 4 个低字节而不是占位符，占位符也是 4 个字节宽。

您想0x2e将值写入1内存地址shared。然而，目标地址是相对于 给出的%rip，即相对于0x36：

movl   $0x1,0x0(%rip)  # 36 <main+0x36>

shared显然，仅仅输入via的绝对地址R_X86_64_32不会有任何好处——需要更复杂的计算，这就是目的R_X86_64_PC32。

再次，由于编译器可以假设的代码模型较小，32 位 rip 相对偏移量就足够了（因此使用重定位R_X86_64_PC32而不是R_X86_64_PC64重定位），并且占位符只有 4 个字节宽。

取自 x86-64-abi，重定位的公式为（第 4.4 节）：

result = S+A-P (32bit-word, i.e. the lower 4 bytes of the result) 
S = the value of the symbol whose index resides in the relocation entry 
A = the addend used to compute the value of the relocatable field 
P = the place (section offset or address) of the storage unit being relocated (computed using r_offset)

这意味着：

• S是变量的地址shared。
• A是-8（例如可以通过调用readelf -r a.oor看到objdump -r a.o），因为重定位的偏移量0x2e与实际的%rip-之间存在 8 个字节的差异0x36。
• P是重定位的偏移量，即0x26。P-A是 中的地址%rip。

可以看到，结果并不S像上面的情况R_X86_64_32，而是S - (P-A)。在生成的二进制文件中也可以看到 - 将在这两种不同的重定位类型的占位符处修补不同的值。

Eli Bendersky 有一篇关于这个主题的精彩文章。