计算机系统篇之链接（12）：Chapter 7 Linking 习题与解答

Author: stormQ

Created: Monday, 15. July 2019 11:18AM

Last Modified: Thursday, 05. November 2020 11:03PM

习题


7.6解答


7.7解答

7.8解答

7.9解答


7.10解答


7.11解答

7.12解答

7.13解答

解答

7.6 解答

swap.c:

extern int buf[];

int *bufp0 = &buf[0];
static int *bufp1;

static void incr()
{
  static int count = 0;
  count++;
}

void swap()
{
  int temp;

  incr();
  bufp1 = &buf[1];
  temp = *bufp0;
  *bufp0 = *bufp1;
  *bufp1 = temp;
}

生成可重定位目标文件 swap.o：

$ gcc -c swap.c

查看 swap.o 的符号表：

$ readelf -s swap.o

Symbol table '.symtab' contains 14 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS swap.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     5: 0000000000000000     8 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    5 bufp1
     6: 0000000000000000    22 FUNC    LOCAL  DEFAULT    1 incr
     7: 0000000000000008     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    5 count.1760
     8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
     9: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
    10: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
    11: 0000000000000000     8 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 bufp0
    12: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND buf
    13: 0000000000000016    74 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 swap

查看 swap.o 的表头：

$ readelf -S swap.o
There are 13 section headers, starting at offset 0x420:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .text             PROGBITS         0000000000000000  00000040
       0000000000000060  0000000000000000  AX       0     0     1
  [ 2] .rela.text        RELA             0000000000000000  000002b8
       00000000000000c0  0000000000000018   I      11     1     8
  [ 3] .data             PROGBITS         0000000000000000  000000a0
       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
  [ 4] .rela.data        RELA             0000000000000000  00000378
       0000000000000018  0000000000000018   I      11     3     8
  [ 5] .bss              NOBITS           0000000000000000  000000a8
       000000000000000c  0000000000000000  WA       0     0     8
  [ 6] .comment          PROGBITS         0000000000000000  000000a8
       0000000000000033  0000000000000001  MS       0     0     1
  [ 7] .note.GNU-stack   PROGBITS         0000000000000000  000000db
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     1
  [ 8] .eh_frame         PROGBITS         0000000000000000  000000e0
       0000000000000058  0000000000000000   A       0     0     8
  [ 9] .rela.eh_frame    RELA             0000000000000000  00000390
       0000000000000030  0000000000000018   I      11     8     8
  [10] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  000003c0
       000000000000005e  0000000000000000           0     0     1
  [11] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  00000138
       0000000000000150  0000000000000018          12    11     8
  [12] .strtab           STRTAB           0000000000000000  00000288
       000000000000002d  0000000000000000           0     0     1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), l (large)
  I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)
  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

因此，该题的解答为：

符号 swap.symtab 条目？ 符号类型 定义符号的模块 节
buf yes extern m.o .data
bufp0 yes global swap.o .data
bufp1 yes local swap.o .bss
swap yes global swap.o .text
temp no - - -
incr yes local swap.o .text
count yes local swap.o .bss

返回题目

7.7 解答

a）先执行原来的代码

bar5.c:

double x;

void f()
{
    x = -0.0;
}

foo5.c:

#include <stdio.h>

void f();

int x = 15213;
int y = 15212;

int main()
{
    f();
    printf("x = 0x%x(%d) y = 0x%x(%d)\n", x, x, y, y);
    return 0;
}

注意：这里调整了书中变量x和y的定义顺序。因为在我们的系统中（X86-64 Linux, Little-endian）中，按照上述定义顺序时，x的地址是 0x601038，y的地址是 0x60103c。这一点可以通过下文查看可执行目标文件的符号表得到验证。

生成可执行目标文件——foo5：

$ gcc -o foo5 foo5.c bar5.c 
/usr/bin/x86_64-linux-gnu-ld: Warning: alignment 4 of symbol `x' in /tmp/ccCUovlG.o is smaller than 8 in /tmp/ccNJpz7k.o

注：gcc 版本为 6.5。

运行 foo5：

$ ./foo5 
x = 0x0(0) y = 0x80000000(-2147483648)

查看 foo5 的符号表：

$ readelf -s foo5

Symbol table '.dynsym' contains 4 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@GLIBC_2.2.5 (2)
     2: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@GLIBC_2.2.5 (2)
     3: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__

Symbol table '.symtab' contains 71 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000400238     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     2: 0000000000400254     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     3: 0000000000400274     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     4: 0000000000400298     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     5: 00000000004002b8     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000400318     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000400358     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
     8: 0000000000400360     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
     9: 0000000000400380     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    9 
    10: 0000000000400398     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   10 
    11: 00000000004003c8     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   11 
    12: 00000000004003f0     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   12 
    13: 0000000000400420     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   13 
    14: 0000000000400430     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   14 
    15: 00000000004005f4     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   15 
    16: 0000000000400600     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   16 
    17: 0000000000400628     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   17 
    18: 0000000000400668     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   18 
    19: 0000000000600e10     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   19 
    20: 0000000000600e18     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   20 
    21: 0000000000600e20     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   21 
    22: 0000000000600e28     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   22 
    23: 0000000000600ff8     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   23 
    24: 0000000000601000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   24 
    25: 0000000000601028     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   25 
    26: 0000000000601040     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   26 
    27: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   27 
    28: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crtstuff.c
    29: 0000000000600e20     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   21 __JCR_LIST__
    30: 0000000000400460     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 deregister_tm_clones
    31: 00000000004004a0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 register_tm_clones
    32: 00000000004004e0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 __do_global_dtors_aux
    33: 0000000000601040     1 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   26 completed.7593
    34: 0000000000600e18     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   20 __do_global_dtors_aux_fin
    35: 0000000000400500     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 frame_dummy
    36: 0000000000600e10     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   19 __frame_dummy_init_array_
    37: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS foo5.c
    38: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS bar5.c
    39: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crtstuff.c
    40: 0000000000400778     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   18 __FRAME_END__
    41: 0000000000600e20     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   21 __JCR_END__
    42: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS 
    43: 0000000000600e18     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   19 __init_array_end
    44: 0000000000600e28     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   22 _DYNAMIC
    45: 0000000000600e10     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   19 __init_array_start
    46: 0000000000400628     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   17 __GNU_EH_FRAME_HDR
    47: 0000000000601000     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   24 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
    48: 00000000004005f0     2 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 __libc_csu_fini
    49: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _ITM_deregisterTMCloneTab
    50: 0000000000601028     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT   25 data_start
    51: 0000000000601040     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   25 _edata
    52: 0000000000601038     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 x
    53: 00000000004005f4     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   15 _fini
    54: 0000000000400567    23 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 f
    55: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@@GLIBC_2.2.5
    56: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@@GLIBC_
    57: 0000000000601028     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   25 __data_start
    58: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__
    59: 0000000000601030     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    25 __dso_handle
    60: 0000000000400600     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   16 _IO_stdin_used
    61: 0000000000400580   101 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 __libc_csu_init
    62: 0000000000601048     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   26 _end
    63: 0000000000400430    42 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 _start
    64: 000000000060103c     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 y
    65: 0000000000601040     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   26 __bss_start
    66: 0000000000400526    65 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 main
    67: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _Jv_RegisterClasses
    68: 0000000000601040     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    25 __TMC_END__
    69: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _ITM_registerTMCloneTable
    70: 00000000004003c8     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 _init

2）修改方案

修改方案：只将 bar5.c 中的 x 的作用域由全局作用域改为局部作用域，即用关键字static修饰。

修改后的 bar5.c:

static double x;

void f()
{
    x = -0.0;
}

foo5.c 与原来的保持一致。

编译并运行：

$ gcc -o foo5 foo5.c bar5.c
$ ./foo5 
x = 0x3b6d(15213) y = 0x3b6c(15212)

查看 foo5 的符号表：

$ readelf -s foo5

Symbol table '.dynsym' contains 4 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@GLIBC_2.2.5 (2)
     2: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@GLIBC_2.2.5 (2)
     3: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__

Symbol table '.symtab' contains 72 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000400238     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     2: 0000000000400254     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     3: 0000000000400274     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     4: 0000000000400298     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     5: 00000000004002b8     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000400318     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000400358     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
     8: 0000000000400360     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
     9: 0000000000400380     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    9 
    10: 0000000000400398     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   10 
    11: 00000000004003c8     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   11 
    12: 00000000004003f0     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   12 
    13: 0000000000400420     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   13 
    14: 0000000000400430     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   14 
    15: 00000000004005f4     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   15 
    16: 0000000000400600     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   16 
    17: 0000000000400628     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   17 
    18: 0000000000400668     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   18 
    19: 0000000000600e10     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   19 
    20: 0000000000600e18     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   20 
    21: 0000000000600e20     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   21 
    22: 0000000000600e28     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   22 
    23: 0000000000600ff8     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   23 
    24: 0000000000601000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   24 
    25: 0000000000601028     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   25 
    26: 0000000000601040     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   26 
    27: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   27 
    28: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crtstuff.c
    29: 0000000000600e20     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   21 __JCR_LIST__
    30: 0000000000400460     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 deregister_tm_clones
    31: 00000000004004a0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 register_tm_clones
    32: 00000000004004e0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 __do_global_dtors_aux
    33: 0000000000601040     1 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   26 completed.7593
    34: 0000000000600e18     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   20 __do_global_dtors_aux_fin
    35: 0000000000400500     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   14 frame_dummy
    36: 0000000000600e10     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   19 __frame_dummy_init_array_
    37: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS foo5.c
    38: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS bar5.c
    39: 0000000000601048     8 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   26 x
    40: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS crtstuff.c
    41: 0000000000400778     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   18 __FRAME_END__
    42: 0000000000600e20     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   21 __JCR_END__
    43: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS 
    44: 0000000000600e18     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   19 __init_array_end
    45: 0000000000600e28     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   22 _DYNAMIC
    46: 0000000000600e10     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   19 __init_array_start
    47: 0000000000400628     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   17 __GNU_EH_FRAME_HDR
    48: 0000000000601000     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   24 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
    49: 00000000004005f0     2 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 __libc_csu_fini
    50: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _ITM_deregisterTMCloneTab
    51: 0000000000601028     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT   25 data_start
    52: 0000000000601040     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   25 _edata
    53: 0000000000601038     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 x
    54: 00000000004005f4     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   15 _fini
    55: 0000000000400567    23 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 f
    56: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@@GLIBC_2.2.5
    57: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@@GLIBC_
    58: 0000000000601028     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   25 __data_start
    59: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__
    60: 0000000000601030     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    25 __dso_handle
    61: 0000000000400600     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   16 _IO_stdin_used
    62: 0000000000400580   101 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 __libc_csu_init
    63: 0000000000601050     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   26 _end
    64: 0000000000400430    42 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 _start
    65: 000000000060103c     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 y
    66: 0000000000601040     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   26 __bss_start
    67: 0000000000400526    65 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 main
    68: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _Jv_RegisterClasses
    69: 0000000000601040     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    25 __TMC_END__
    70: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _ITM_registerTMCloneTable
    71: 00000000004003c8     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 _init

注意：修改后的可执行目标文件foo5中符号名称为x的符号有两个。一个是全局作用域的，一个是局部作用域的。而修改前的foo5中符号名称为x的符号只有一个。

其他修改方案：只将 foo5.c 中的 x 的作用域由全局作用域改为局部作用域，即用关键字static修饰。关于该方案的可行性，有兴趣的可以自己验证一下。

返回题目

7.8 解答

a）A 中 Module 1 和 Module 2 的代码

m1_a.c（Module 1）：

int main()
{
}

m2_a.c（Module 2）：

static int main = 1;
int p2()
{
}

注意：这里将原书中 Module 2 里面的]改为;，应该是原书作者的笔误。

生成可重定位目标文件m1_a.o：

$ gcc -c m1_a.c

生成可重定位目标文件m2_a.o：

$ gcc -c m2_a.c

生成可执行目标文件m1_a：

$ gcc -o m1_a m1_a.o m2_a.o

成功生成了可执行目标文件m1_a，即未出现链接错误。

查看可重定位目标文件m1_a.o的符号表：

$ readelf -s m1_a.o

Symbol table '.symtab' contains 9 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS m1_a.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     8: 0000000000000000    11 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main

可以看出，Module 1 中的符号引用main的定义在 Module 1 中的.textsection 中。

查看可重定位目标文件m2_a.o的符号表：

$ readelf -s m2_a.o

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS m2_a.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    2 main
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     9: 0000000000000000     7 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 p2

可以看出，Module 2 中的符号引用main的定义在 Module 2 中的.datasection 中。

b）B 中 Module 1 和 Module 2 的代码

m1_b.c（Module 1）：

int x;
void main()
{
}

m2_b.c（Module 2）：

double x;
int p2()
{
}

生成可重定位目标文件m1_b.o：

$ gcc -c m1_b.c

生成可重定位目标文件m2_b.o：

$ gcc -c m2_b.c

生成可执行目标文件m1_b：

$ gcc -o m1_b m1_b.o m2_b.o

成功生成了可执行目标文件m1_b，即未出现链接错误。

查看可重定位目标文件m1_b.o的符号表：

$ readelf -s m1_b.o

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS m1_b.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     8: 0000000000000004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM x
     9: 0000000000000000     7 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main

可以看出，Module 1 中的符号引用x被标记为COMMON。

查看可重定位目标文件m2_b.o的符号表：

$ readelf -s m2_b.o

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS m2_b.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     8: 0000000000000008     8 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM x
     9: 0000000000000000     7 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 p2

可以看出，Module 2 中的符号引用x也被标记为COMMON。

因此，符号引用x的定义在 Module 1 或 Module 2 中任意选择一个。

c）C 中 Module 1 和 Module 2 的代码

m1_c.c（Module 1）：

int x = 1;
void main()
{
}

m2_c.c（Module 2）：

double x = 1.0;
int p2()
{
}

生成可重定位目标文件m1_c.o：

$ gcc -c m1_c.c

生成可重定位目标文件m2_c.o：

$ gcc -c m2_c.c

生成可执行目标文件m1_c：

$ gcc -o m1_c m1_c.o m2_c.o
m2_c.o:(.data+0x0): multiple definition of `x'
m1_c.o:(.data+0x0): first defined here
/usr/bin/x86_64-linux-gnu-ld: Warning: size of symbol `x' changed from 4 in m1_c.o to 8 in m2_c.o
collect2: error: ld returned 1 exit status

可以看出，在生成可执行目标文件m1_c时，出现了链接错误。

查看可重定位目标文件m1_c.o的符号表：

$ readelf -s m1_c.o

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS m1_c.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     8: 0000000000000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    2 x
     9: 0000000000000000     7 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main

可以看出，Module 1 中的符号引用x的定义在 Module 1 中，并且为全局作用域。

查看可重定位目标文件m2_c.o的符号表：

$ readelf -s m2_c.o

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS m2_c.c
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     8: 0000000000000000     8 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    2 x
     9: 0000000000000000     7 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 p2

可以看出，Module 2 中的符号引用x的定义在 Module 2 中，并且为全局作用域。

也就是说，Module 1 和 Module 2 中重复定义了全局变量x。所以，在生成可执行目标文件m1_c时，出现了链接错误。

因此，该题的解答为：

题目 解答
A
  • REF(main.1)->DEF(main.1)
  • REF(main.2)->DEF(main.2)
    		•
    B
  • REF(x.1)->DEF(UNKNOWN)
  • REF(x.2)->DEF(UNKNOWN)
    		•
    C
  • REF(x.1)->DEF(ERROR)
  • REF(x.2)->DEF(ERROR)
    		•

    返回题目

    7.9 解答

    a）生成并执行可执行目标文件

    foo6.c:

    void p2();

    int main()
    {
        p2();
        return 0;
    }

    bar6.c:

    char main;

    void p2()
    {
        printf("main=0x%x\n", main);
    }

    生成可重定位目标文件foo6.o：

    $ gcc -c foo6.c

    生成可重定位目标文件bar6.o：

    $ gcc -c bar6.c

    生成并执行可执行目标文件foo6：

    $ gcc -o foo6 foo6.o bar6.o
    $ ./foo6
    main=0x55

    注意：在我们的系统中（X86-64 Linux, Little-endian），按照上述步骤生成可执行目标文件foo6时，打印的main变量的值为 0x55，而不是题目中的 0x48。要想打印的main变量的值为题目中的 0x48，生成可执行目标文件foo6_Og的方式应该为gcc -o foo6_Og bar6.c foo6.c -Og。

    查看foo6_Og中main函数的汇编代码（部分）：

    $ objdump -d foo6_Og 

    foo6_Og:     file format elf64-x86-64

    # 省略...

    Disassembly of section .text:

    # 省略...

    000000000040056a <main>:
      40056a:    48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
      40056e:    b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
      400573:    e8 ce ff ff ff          callq  400546 <p2>
      400578:    b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
      40057d:    48 83 c4 08             add    $0x8,%rsp
      400581:    c3                      retq   
      400582:    66 2e 0f 1f 84 00 00    nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
      400589:    00 00 00 
      40058c:    0f 1f 40 00             nopl   0x0(%rax)

    # 省略...

    可以看出，可执行目标文件foo6_Og中main函数的第一个字节的值为 0x48，符合题目中的 0x48。

    b）为什么执行可执行目标文件foo6时，打印的main变量的值为 0x55

    查看可重定位目标文件foo6.o的符号表：

    $ readelf -s foo6.o

    Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
       Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
         0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
         1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS foo6.c
         2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
         3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
         4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
         5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
         6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
         7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
         8: 0000000000000000    21 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
         9: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND p2

    可以看出，foo6.c中符号引用main所对应的符号定义在foo6.o的.textsection 中。

    查看可重定位目标文件bar6.o的符号表：

    $ readelf -s bar6.o

    Symbol table '.symtab' contains 12 entries:
       Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
         0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
         1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS bar6.c
         2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
         3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
         4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
         5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
         6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
         7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
         8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
         9: 0000000000000001     1 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM main
        10: 0000000000000000    34 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 p2
        11: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND printf

    可以看出，bar6.c中符号引用main所对应的符号定义还未确定。

    查看可执行目标文件foo6的汇编代码（部分）：

    $ objdump -d foo6

    foo6:     file format elf64-x86-64

    # 省略...

    Disassembly of section .text:

    # 省略...

    0000000000400526 <main>:
      400526:    55                      push   %rbp
      400527:    48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
      40052a:    b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
      40052f:    e8 07 00 00 00          callq  40053b <p2>
      400534:    b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
      400539:    5d                      pop    %rbp
      40053a:    c3                      retq

    # 省略...

    可以看出，main函数的汇编代码中第一个字节的值为 0x55，与打印的main变量的值相同。也就是说，main变量符号引用所对应的符号定义为main函数的符号。所以，执行可执行目标文件foo6时，打印的main变量的值为 0x55。另外，可以通过 gdb 调试验证main 变量符号引用的地址就是 main 函数的地址，具体过程如下：

    $ gcc -o foo6_g foo6.c bar6.c -g
    $ gdb -q ./foo6_g
    Reading symbols from ./foo6_g...done.
    (gdb) start
    Temporary breakpoint 1 at 0x40052a: file foo6.c, line 7.
    Starting program: /home/xuxiaoqiang/tx/7/7.6/foo6_g 

    Temporary breakpoint 1, main () at foo6.c:7
    7        p2();
    (gdb) l
    2    
    3    void p2();
    4    
    5    int main()
    6    {
    7        p2();
    8        return 0;
    9    }
    (gdb) b bar6.c:7
    Breakpoint 2 at 0x40053f: file bar6.c, line 7.
    (gdb) c
    Continuing.

    Breakpoint 2, p2 () at bar6.c:7
    7        printf("main=0x%x\n", main);
    (gdb) x/bx main
    0x400526 <main>:    0x55
    (gdb) disas main
    Dump of assembler code for function main:
       0x0000000000400526 <+0>:    push   %rbp
       0x0000000000400527 <+1>:    mov    %rsp,%rbp
       0x000000000040052a <+4>:    mov    $0x0,%eax
       0x000000000040052f <+9>:    callq  0x40053b <p2>
       0x0000000000400534 <+14>:    mov    $0x0,%eax
       0x0000000000400539 <+19>:    pop    %rbp
       0x000000000040053a <+20>:    retq
    End of assembler dump.
    (gdb) 

    可以看出，在bar6.c中打印main变量的值时，main变量的地址为 0x400526，即main函数的地址。

    返回题目

    7.10 解答

    对于 A：p.o libx.a

    对于 B：p.o libx.a liby.a libx.a

    对于 C：p.o libx.a liby.a libz.a libx.a

    返回题目

    7.11 解答

    a）生成可执行目标文件foo6作为研究案例

    具体生成步骤与 7.9解答 中的一致。

    b）查看可执行目标文件foo6的程序表

    $ readelf -l foo6

    Elf file type is EXEC (Executable file)
    Entry point 0x400430
    There are 9 program headers, starting at offset 64

    Program Headers:
      Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                     FileSiz            MemSiz              Flags  Align
      PHDR           0x0000000000000040 0x0000000000400040 0x0000000000400040
                     0x00000000000001f8 0x00000000000001f8  R E    8
      INTERP         0x0000000000000238 0x0000000000400238 0x0000000000400238
                     0x000000000000001c 0x000000000000001c  R      1
          [Requesting program interpreter: /lib64/ld-linux-x86-64.so.2]
      LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
                     0x0000000000000744 0x0000000000000744  R E    200000
      LOAD           0x0000000000000e10 0x0000000000600e10 0x0000000000600e10
                     0x0000000000000228 0x0000000000000230  RW     200000
      DYNAMIC        0x0000000000000e28 0x0000000000600e28 0x0000000000600e28
                     0x00000000000001d0 0x00000000000001d0  RW     8
      NOTE           0x0000000000000254 0x0000000000400254 0x0000000000400254
                     0x0000000000000044 0x0000000000000044  R      4
      GNU_EH_FRAME   0x00000000000005f0 0x00000000004005f0 0x00000000004005f0
                     0x000000000000003c 0x000000000000003c  R      4
      GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                     0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     10
      GNU_RELRO      0x0000000000000e10 0x0000000000600e10 0x0000000000600e10
                     0x00000000000001f0 0x00000000000001f0  R      1

     Section to Segment mapping:
      Segment Sections...
       00     
       01     .interp 
       02     .interp .note.ABI-tag .note.gnu.build-id .gnu.hash .dynsym .dynstr .gnu.version .gnu.version_r .rela.dyn .rela.plt .init .plt .plt.got .text .fini .rodata .eh_frame_hdr .eh_frame 
       03     .init_array .fini_array .jcr .dynamic .got .got.plt .data .bss 
       04     .dynamic 
       05     .note.ABI-tag .note.gnu.build-id 
       06     .eh_frame_hdr 
       07     
       08     .init_array .fini_array .jcr .dynamic .got 

    可以看出，数据段（data segment）的起始地址为 0x0000000000600e10，目标文件中的段大小为 0x0000000000000228，内存中的段大小为 0x0000000000000230。也就是题目中所说的程序头部表表明数据段占用了内存中 0x230 个字节。然后，其中只有开始的 0x228 字节来自可执行目标文件的节。

    c）是什么引起了这种差异？

    查看可执行目标文件foo6的符号表：

    $ readelf -S foo6
    There are 31 section headers, starting at offset 0x1a18:

    Section Headers:
      [Nr] Name              Type             Address           Offset
           Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
      [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
           0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
      [ 1] .interp           PROGBITS         0000000000400238  00000238
           000000000000001c  0000000000000000   A       0     0     1
      [ 2] .note.ABI-tag     NOTE             0000000000400254  00000254
           0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     4
      [ 3] .note.gnu.build-i NOTE             0000000000400274  00000274
           0000000000000024  0000000000000000   A       0     0     4
      [ 4] .gnu.hash         GNU_HASH         0000000000400298  00000298
           000000000000001c  0000000000000000   A       5     0     8
      [ 5] .dynsym           DYNSYM           00000000004002b8  000002b8
           0000000000000060  0000000000000018   A       6     1     8
      [ 6] .dynstr           STRTAB           0000000000400318  00000318
           000000000000003f  0000000000000000   A       0     0     1
      [ 7] .gnu.version      VERSYM           0000000000400358  00000358
           0000000000000008  0000000000000002   A       5     0     2
      [ 8] .gnu.version_r    VERNEED          0000000000400360  00000360
           0000000000000020  0000000000000000   A       6     1     8
      [ 9] .rela.dyn         RELA             0000000000400380  00000380
           0000000000000018  0000000000000018   A       5     0     8
      [10] .rela.plt         RELA             0000000000400398  00000398
           0000000000000030  0000000000000018  AI       5    24     8
      [11] .init             PROGBITS         00000000004003c8  000003c8
           000000000000001a  0000000000000000  AX       0     0     4
      [12] .plt              PROGBITS         00000000004003f0  000003f0
           0000000000000030  0000000000000010  AX       0     0     16
      [13] .plt.got          PROGBITS         0000000000400420  00000420
           0000000000000008  0000000000000000  AX       0     0     8
      [14] .text             PROGBITS         0000000000400430  00000430
           00000000000001a2  0000000000000000  AX       0     0     16
      [15] .fini             PROGBITS         00000000004005d4  000005d4
           0000000000000009  0000000000000000  AX       0     0     4
      [16] .rodata           PROGBITS         00000000004005e0  000005e0
           000000000000000f  0000000000000000   A       0     0     4
      [17] .eh_frame_hdr     PROGBITS         00000000004005f0  000005f0
           000000000000003c  0000000000000000   A       0     0     4
      [18] .eh_frame         PROGBITS         0000000000400630  00000630
           0000000000000114  0000000000000000   A       0     0     8
      [19] .init_array       INIT_ARRAY       0000000000600e10  00000e10
           0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
      [20] .fini_array       FINI_ARRAY       0000000000600e18  00000e18
           0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
      [21] .jcr              PROGBITS         0000000000600e20  00000e20
           0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
      [22] .dynamic          DYNAMIC          0000000000600e28  00000e28
           00000000000001d0  0000000000000010  WA       6     0     8
      [23] .got              PROGBITS         0000000000600ff8  00000ff8
           0000000000000008  0000000000000008  WA       0     0     8
      [24] .got.plt          PROGBITS         0000000000601000  00001000
           0000000000000028  0000000000000008  WA       0     0     8
      [25] .data             PROGBITS         0000000000601028  00001028
           0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8
      [26] .bss              NOBITS           0000000000601038  00001038
           0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     1
      [27] .comment          PROGBITS         0000000000000000  00001038
           0000000000000032  0000000000000001  MS       0     0     1
      [28] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00001907
           000000000000010c  0000000000000000           0     0     1
      [29] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  00001070
           0000000000000678  0000000000000018          30    48     8
      [30] .strtab           STRTAB           0000000000000000  000016e8
           000000000000021f  0000000000000000           0     0     1
    Key to Flags:
      W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), l (large)
      I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)
      O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

    从步骤b)中打印的程序表可以看出，数据段包含的 sections 有：.init_array、.fini_array、.jcr .dynamic、.got、.got.plt、.data、.bss 。

    这些 sections 的大小（字节） = 0x601038 + 0x8 - 0x60e10 = 0x230（0x601038 为 .bss section 在目标文件中偏移量，0x8 为 .bss section 的大小，0x60e10 为 ..init_array section 在目标文件中偏移量）。

    也就是说，这些 sections 在内存中会占用 0x230 字节，符合程序表中数据段占用的内存大小。由于数据段包含了.bsssection（大小为 8 字节），而该 section 不占用目标文件的空间。因此，只有 0x228 字节来自可执行目标文件的节。

    返回题目

    7.12 解答

    根据公式 VALUE(reference) = ADDR(defined_symbol) + VALUE(r.addend) - ADDR(reference)：

    对于 A：

    callq 指令中对 swap 的重定位引用的值 = swap 符号定义的运行时地址 + r.addend - swap 符号引用的运行时地址
        = 0x4004f8 + (-4) - (.text section 在可执行目标文件中的地址 + swap 符号引用在 .text section 中的偏移量)
        = 0x4004f8 + (-4) - (0x4004e0 + 0xa)
        = 0xa

    对于 B：

    callq 指令中对 swap 的重定位引用的值 = swap 符号定义的运行时地址 + r.addend - swap 符号引用的运行时地址
        = 0x400500 + (-4) - (.text section 在可执行目标文件中的地址 + swap 符号引用在 .text section 中的偏移量)
        = 0x400500 + (-4) - (0x4004d0 + 0xa)
        = 0x22

    返回题目

    7.13 解答

    对于 A：

    # 查看 libc.a 中可重定位目标文件的数量
    $ ar t /usr/aarch64-linux-gnu/lib/libc.a | grep ".o" -c
    1522
    # 查看 libm.a 中可重定位目标文件的数量
    $ ar t /usr/aarch64-linux-gnu/lib/libm.a | grep ".o" -c
    431

    对于 B：在我们的系统中（X86-64 Linux, Little-endian），gcc -Og 产生的可执行代码与 gcc -Og -g 产生的是相同的。

    对于 C：

    # 查看 gcc-6 使用的共享库
    $ ldd /usr/bin/gcc-6
        linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffc6178d000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f58462a6000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f5846670000)
    # 查看 g++-6 使用的共享库
    $ ldd /usr/bin/g++-6
        linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffc129d4000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f779003f000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f7790409000)

    返回题目

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