静态链接浅析
阅前声明：本文是一篇“复现、验证和笔记”，更详细的内容还请查看文末链接中的博客，作者写得非常好 : ）
1.为什么要静态链接
假设我们有如下C程序：
1 // a.c
2 extern int shared;
3 int main()
4 {
5 int a = 100;
6 swap(&a, &shared);
7 }
1 // b.c
2 int shared = 1;
3
4 void swap(int* a, int* b){
5 int tmp = *a;
6 *a = *b;
7 *b = tmp;
8 }
a.c文件引入了外部变量shared和外部函数swap()，如果直接对a.c gcc a.c -o a 进行编译，则会报错：
我们可以 gcc -c a.c 得到目标对象文件，再 readelf -s a.o 查看其符号表：
Value的作用是告知该符号的地址（更准确的说是在段中的偏移），Ndx的作用是告知该符号是在段表中的第几个段。
符号shared和swap的Ndx均为UND（UNDefined，未定义），即找不到这两个符号。
对b.c gcc -c b.c，查看其符号表：
发现shared和swap存在于b.o中。
因此可以想到，只要将a.o和b.o链接在一起，成为一个目标对象文件即可。
链接命令：ld a.o b.o -e main -o ab
其中ld表示使用ld链接器，-e main表示程序的入口地址为main函数，-o ab表示生成"ab"可执行文件。
补充一点，我们通常使用gcc命令能够直接生成可执行文件，是因为gcc命令会综合调用预处理器cpp ---> 编译器ccl ---> 汇编器as ---> 链接器ld，从而将源程序生成为可执行程序。
再 readelf -s ab，看看ab中的符号：
这样，swap、shared和main三个符号就都有了。
readelf -S ab 查看段表印证一下，swap和main是函数符号，所以在.text中，shared是变量符号，所以在.data中，没问题。
2.静态链接规则
链接器链接a.o和b.o是将二者的相似段进行了合并，以text段为例：
objdump -h a.o（当然也可以用readelf命令）：
大小为0x27。
objdump -h b.o：
大小为0x2c。
27 + 2c = 0x53
由此可以猜测，ab的.text段的大小为0x53。
objdump -h ab：
事实确实如此。
3.VMA和File off
二者都可以表示段的地址。
VMA表示该段加载到内存中的虚拟地址，File off表示该段在文件中的偏移量。
还是这张图片，看以看出VMA和File off的不同之处，推算得知文件在加载到内存后的虚拟地址应为0x400000。
链接时，不仅计算得到各个段的File off，同时也计算出了各个段在加载到内存时的VMA，为执行该文件做好了准备。
4.符号的虚拟地址
链接前，各符号在文件中的偏移地址是固定的，在链接后，可以进一步确定符号的虚拟地址。
以swap为例，readelf -s b.o：
swap所在的.text段在b.o的起始位置。
a.o与b.o链接合并为ab后，b.o的.text段会被置于a.o的.text段下面。
已知a.o的.text段的大小为0x27，ab的.text段的VMA为0x401000。
0x27 + 0x401000 = 0x401027
那么b.o的.text段的VMA应为0x401027。
readelf -s ab：
符合预期。
5.重定位
链接后，我们就可以得知每个符号的虚拟地址，在引用该符号时，就可以根据符号的虚拟地址进行调整。
具体如下：
objdump -d a.o：
call指令对应e8，而后面的四字节是要调用的函数指令相对于下一条指令的偏移地址，为00 00 00 00，显然是无意义的，因为在链接前我们还不知道swap的虚拟地址。
在链接后生成的ab中，objdump -d ab：
因为是大端序，所以02 00 00 00其实是0x02，下一条指令的地址为0x401025。
0x401025 + 0x02 = 0x401027
发现swap的地址确实是401027。
这就是重定位——对指令中涉及的符号引用，在链接后，根据符号的虚拟地址进行调整。
6.重定位段
那么链接器是如何知道e8这个call指令中的地址是需要重定位的呢？
答案就是有一个重定位段，专门记录这些信息。
objdump -r a.o：
VALUE列中的swap表示swap这个符号在.text段中被引用了，需要重定位。具体引用位置在OFFSET列，即.text段的偏移量为0x21处。
在刚才的图：
可以看到swap的位置正是0x21（20 + 1），这个位置被称为重定位入口。
7.总结
总的来说，静态链接就做了两件事：
①将各目标对象文件的相似段合并，为各个新段分配虚拟内存地址、记录新段在新文件中的偏移量，即VMA和File off。同时，计算并记录所有符号的虚拟内存地址。
②根据各目标文件中的重定位段的信息，对合并后的.text段中涉及符号引用的位置进行重定位。
参考博客：
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