Linux下的lds链接脚本简介（二）

七、 SECTIONS命令

SECTIONS命令告诉ld如何把输入文件的sections映射到输出文件的各个section: 如何将输入section合为输出section; 如何把输出section放入程序地址空间(VMA)和进程地址空间(LMA).

该命令格式如下:

SECTIONS

{

SECTIONS-COMMAND

SECTIONS-COMMAND

…

}

SECTION-COMMAND有四种:

(1) ENTRY命令

(2) 符号赋值语句

(3) 一个输出section的描述(output section description)

(4) 一个section叠加描述(overlay description)

如果整个连接脚本内没有SECTIONS命令, 那么ld将所有同名输入section合成为一个输出section内, 各输入section的顺序为它们被连接器发现的顺序.如果某输入section没有在SECTIONS命令中提到, 那么该section将被直接拷贝成输出section。

7.1、输出section描述（基本）

输出section描述具有如下格式:

SECTION-NAME [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)]

{

OUTPUT-SECTION-COMMAND

OUTPUT-SECTION-COMMAND

…

} [>REGION] [AT>LMA_REGION] [:PHDR HDR ...] [=FILLEXP]

[ ]内的内容为可选选项, 一般不需要.

SECTION-NAME：section名字.SECTION-NAME左右的空白、圆括号、冒号是必须的，换行符和其他空格是可选的。

7.1.1、输出section名字

输出section名字SECTION-NAME必须符合输出文件格式要求，比如：a.out格式的文件只允许存在.text、.data和.bss section名。而有的格式只允许存在数字名字，那么此时应该用引号将所有名字内的数字组合在一起；另外，还有一些格式允许任何序列的字符存在于section名字内，此时如果名字内包含特殊字符(比如空格、逗号等)，那么需要用引号将其组合在一起。

7.1.2、输出section地址

输出section地址[ADDRESS]是一个表达式，它的值用于设置VMA。如果没有该选项且有REGION选项，那么连接器将根据REGION设置VMA；如果也没有REGION选项，那么连接器将根据定位符号‘.’的值设置该section的VMA，将定位符号的值调整到满足输出section对齐要求后的值，这时输出
section的对齐要求为：该输出section描述内用到的所有输入section的对齐要求中最严格的对齐要求。

例子：

.text . : { *(.text) }和.text :
{ *(.text) }

这两个描述是截然不同的，第一个将.text section的VMA设置为定位符号的值，而第二个则是设置成定位符号的修调值，满足对齐要求后的。

字节对齐后的。

注意：设置ADDRESS值，将更改定位符号的值。

7.1.3、输出section描述

输出section描述OUTPUT-SECTION-COMMAND为以下四种之一：

(1).符号赋值语句

(2).输入section描述

(3).直接包含的数据值

(4).一些特殊的输出section关键字

7.1.3.1、符号赋值语

符号赋值语句已经在《Linux下的lds链接脚本基础（一）》前文介绍过，这里就不累述。

7.1.3.2、输入section描述：

最常见的输出section描述命令是输入section描述。

输入section描述基本语法：

FILENAME([EXCLUDE_FILE (FILENAME1 FILENAME2 ...) SECTION1 SECTION2 ...)

FILENAME文件名，可以是一个特定的文件的名字，也可以是一个字符串模式。

SECTION名字，可以是一个特定的section名字，也可以是一个字符串模式

例子是最能说明问题的，

*(.text) ：表示所有输入文件的.text section

(*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *otherfile.o) .ctors)) ：表示除crtend.o、otherfile.o文件外的所有输入文件的.ctors
section。

data.o(.data) ：表示data.o文件的.data section

data.o ：表示data.o文件的所有section

*(.text .data) ：表示所有文件的.text
section和.data section，顺序是：第一个文件的.text section，第一个文件的.data section，第二个文件的.text section，第二个文件的.data section，...

*(.text) *(.data) ：表示所有文件的.text
section和.data section，顺序是：第一个文件的.text section，第二个文件的.text section，...，最后一个文件的.text section，第一个文件的.data section，第二个文件的.data section，...，最后一个文件的.data section

下面看连接器是如何找到对应的文件的。

当FILENAME是一个特定的文件名时，连接器会查看它是否在连接命令行内出现或在INPUT命令中出现。

当FILENAME是一个字符串模式时，连接器仅仅只查看它是否在连接命令行内出现。

注意：如果连接器发现某文件在INPUT命令内出现，那么它会在-L指定的路径内搜寻该文件。

字符串模式内可存在以下通配符：

* ：表示任意多个字符

? ：表示任意一个字符

[CHARS] ：表示任意一个CHARS内的字符，可用-号表示范围，如：a-z

：表示引用下一个紧跟的字符

在文件名内，通配符不匹配文件夹分隔符/，但当字符串模式仅包含通配符*时除外。

任何一个文件的任意section只能在SECTIONS命令内出现一次。

看如下例子

SECTIONS {

.data : { *(.data) }

.data1 : { data.o(.data) }

}

data.o文件的.data section在第一个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内被使用了，那么在第二个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内将不会再被使用，也就是说即使连接器不报错，输出文件的.data1 section的内容也是空的。

再次强调：连接器依次扫描每个OUTPUT-SECTION-COMMAND命令内的文件名，任何一个文件的任何一个section都只能使用一次。

读者可以用-M连接命令选项来产生一个map文件，它包含了所有输入section到输出section的组合信息。

再看个例子，

SECTIONS {

.text : { *(.text) }

.DATA : { [A-Z]*(.data) }

.data : { *(.data) }

.bss : { *(.bss) }

}

这个例子中说明，所有文件的输入.text section组成输出.text section；所有以大写字母开头的文件的.data section组成输出.DATA section，其他文件的.data section组成输出.data section；所有文件的输入.bss section组成输出.bss section。

可以用SORT()关键字对满足字符串模式的所有名字进行递增排序，如SORT(.text*)。

通用符号(common symbol)的输入section

在许多目标文件格式中，通用符号并没有占用一个section。连接器认为：输入文件的所有通用符号在名为COMMON的section内。

例子，

.bss { *(.bss) *(COMMON) }

这个例子中将所有输入文件的所有通用符号放入输出.bss section内。可以看到COMMOM section的使用方法跟其他section的使用方法是一样的。

有些目标文件格式把通用符号分成几类。例如，在MIPS elf目标文件格式中，把通用符号分成standard common symbols(标准通用符号)和small common symbols(微通用符号，不知道这么译对不对？)，此时连接器认为所有standard common symbols在COMMON section内，而small common symbols在.scommon
section内。

在一些以前的连接脚本内可以看见[COMMON]，相当于*(COMMON)，不建议继续使用这种陈旧的方式。

输入section和垃圾回收

在连接命令行内使用了选项–gc-sections后，连接器可能将某些它认为没用的section过滤掉，此时就有必要强制连接器保留一些特定的 section，可用KEEP()关键字达此目的。如KEEP(*(.text))或KEEP(SORT(*)(.text))

最后我们看个简单的输入section相关例子：

SECTIONS {

outputa 0×10000 :

{

all.o

foo.o (.input1)

}

outputb :

{

foo.o (.input2)

foo1.o (.input1)

}

outputc :

{

*(.input1)

*(.input2)

}

}

本例中，将all.o文件的所有section和foo.o文件的所有(一个文件内可以有多个同名section).input1 section依次放入输出outputa section内，该section的VMA是0×10000；将foo.o文件的所有.input2 section和foo1.o文件的所有.input1 section依次放入输出outputb section内，该section的VMA是当前定位器符号的修调值(对齐后)；将其他文件(非all.o、foo.o、foo1.o)文件的.
input1 section和.input2 section放入输出outputc section内。

7.1.3.3、直接包含数据值

可以显示地在输出section内填入你想要填入的信息(这样是不是可以自己通过连接脚本写程序？当然是简单的程序)。

BYTE(EXPRESSION) 1 字节

SHORT(EXPRESSION) 2 字节

LOGN(EXPRESSION) 4 字节

QUAD(EXPRESSION) 8 字节

SQUAD(EXPRESSION) 64位处理器的代码时，8 字节

输出文件的字节顺序big endianness 或little endianness，可以由输出目标文件的格式决定；如果输出目标文件的格式不能决定字节顺序，那么字节顺序与第一个输入文件的字节顺序相同。

如：BYTE(1)、LANG(addr)。

注意，这些命令只能放在输出section描述内，其他地方不行。

错误：SECTIONS { .text : { *(.text) } LONG(1) .data : {
*(.data) } }

正确：SECTIONS { .text : { *(.text)
LONG(1) } .data : { *(.data) } }

在当前输出section内可能存在未描述的存储区域(比如由于对齐造成的空隙)，可以用FILL(EXPRESSION)命令决定这些存储区域的内容，
EXPRESSION的前两字节有效，这两字节在必要时可以重复被使用以填充这类存储区域。如FILE(0×9090)。在输出section描述中可以有=FILEEXP属性，它的作用如同FILE()命令，但是FILE命令只作用于该FILE指令之后的section区域，而=FILEEXP属性作用于整个输出section区域，且FILE命令的优先级更高！！！

7.1.3.4、特殊的输出section关键字

在输出section描述OUTPUT-SECTION-COMMAND中还可以使用一些特殊的输出section关键字。

CREATE_OBJECT_SYMBOLS ：为每个输入文件建立一个符号，符号名为输入文件的名字。每个符号所在的section是出现该关键字的section。

CONSTRUCTORS ：与c++内的(全局对象的)构造函数和(全局对像的)析构函数相关，下面将它们简称为全局构造和全局析构。

对于a.out目标文件格式，连接器用一些不寻常的方法实现c++的全局构造和全局析构。

当连接器生成的目标文件格式不支持任意section名字时，比如说ECOFF、XCOFF格式，连接器将通过名字来识别全局构造和全局析构，对于这些文件格式，连接器把与全局构造和全局析构的相关信息放入出现
CONSTRUCTORS关键字的输出section内。

符号__CTORS_LIST__表示全局构造信息的的开始处，__CTORS_END__表示全局构造信息的结束处。

符号__DTORS_LIST__表示全局构造信息的的开始处，__DTORS_END__表示全局构造信息的结束处。

这两块信息的开始处是一字长的信息，表示该块信息有多少项数据，然后以值为零的一字长数据结束。

一般来说，GNU C++在函数__main内安排全局构造代码的运行，而__main函数被初始化代码(在main函数调用之前执行)调用。是不是对于某些目标文件格式才这样？？？

对于支持任意section名的目标文件格式，比如COFF、ELF格式，GNU C++将全局构造和全局析构信息分别放入.ctors section和.dtors section内，然后在连接脚本内加入如下，

__CTOR_LIST__ = .;

LONG((__CTOR_END__ – __CTOR_LIST__) / 4 – 2)

*(.ctors)

LONG(0)

__CTOR_END__ = .;

__DTOR_LIST__ = .;

LONG((__DTOR_END__ – __DTOR_LIST__) / 4 – 2)

*(.dtors)

LONG(0)

__DTOR_END__ = .;

如果使用GNU C++提供的初始化优先级支持(它能控制每个全局构造函数调用的先后顺序)，那么请在连接脚本内把CONSTRUCTORS替换成SORT (CONSTRUCTS)，把*(.ctors)换成*(SORT(.ctors))，把*(.dtors)换成*(SORT(.dtors))。一般来说，默认的连接脚本已作好的这些工作。

修改定位器

我们可以对定位器符合。进行赋值来修改定位器的值。

示例

SECTIONS

{

. = SIZEOF_HEADERS;

.text : { *(.text) }

. = 0×10000;

.data : { *(.data) }

. = 0×8000000;

.bss : { *(.bss) }

}

输出section的丢弃

对于.foo： { *(.foo) }，如果没有任何一个输入文件包含.foo section，那么连接器将不会创建.foo输出section。但是如果在这些输出section描述内包含了非输入section描述命令(如符号赋值语句)，那么连接器将总是创建该输出section。

另外，有一个特殊的输出section，名为/DISCARD/，被该section引用的任何输入section将不会出现在输出文件内，这就是DISCARD的意思吧。如果/DISCARD/
section被它自己引用呢？想想看。

7.2、输出section描述（进阶）

我们再回顾以下输出section描述的文法：

SECTION-NAME [ADDRESS] [(TYPE)] : [AT(LMA)]

{

OUTPUT-SECTION-COMMAND

OUTPUT-SECTION-COMMAND

…

} [>REGION] [AT>LMA_REGION] [:PHDR HDR ...] [=FILLEXP]

前面我们介绍了SECTION、ADDRESS、OUTPUT-SECTION-COMMAND相关信息，下面我们将介绍其他属性。

7.2.1、输出section的类型

可以通过[(TYPE)]设置输出section的类型。如果没有指定TYPE类型，那么连接器根据输出section引用的输入section的类型设置该输出section的类型。它可以为以下五种值，

NOLOAD ：该section在程序运行时，不被载入内存。

DSECT,COPY,INFO,OVERLAY ：这些类型很少被使用，为了向后兼容才被保留下来。这种类型的section必须被标记为“不可加载的”，以便在程序运行不为它们分配内存。

默认值是多少呢？Puzzle!

7.2.2、输出section的LMA 

默认情况下，LMA等于VMA，但可以通过[AT(LMA)]项，即关键字AT()指定LMA。

用关键字AT()指定，括号内包含表达式，表达式的值用于设置LMA。如果不用AT()关键字，那么可用AT>LMA_REGION表达式设置指定该section加载地址的范围。这个属性主要用于构件ROM境象。

例子，

SECTIONS

{

.text 0×1000 : {_etext = . ;*(.text);  }

.mdata 0×2000 :

AT ( ADDR (.text) + SIZEOF (.text) )

{ _data = . ; *(.data); _edata =
. ; }

.bss 0×3000 :

{ _bstart = . ; *(.bss) *(COMMON) ;
_bend = . ;}

}

程序如下，

extern char _etext, _data, _edata, _bstart, _bend;

char *src = &_etext;

char *dst = &_data;

/* ROM has data at end of text; copy it. */

while (dst rom }

7.2.3、设置输出section所在的程序段

可以通过[:PHDR HDR ...]项将输出section放入预先定义的程序段(program
segment)内。如果某个输出section设置了它所在的一个或多个程序段，那么接下来定义的输出section的默认程序段与该输出 section的相同。除非再次显示地指定。例子，

PHDRS { text PT_LOAD ; }

SECTIONS { .text : { *(.text) } :text }

可以通过:NONE指定连接器不把该section放入任何程序段内。详情请查看PHDRS命令

7.2.4、设置输出section的填充模版

这个在前面提到过，任何输出section描述内的未指定的内存区域，连接器用该模版填充该区域。我们可以通过[=FILLEXP]项设置填充值。用法：=FILEEXP，前两字节有效，当区域大于两字节时，重复使用这两字节以将其填满。例子，

SECTIONS { .text : { *(.text) } =0×9090 }

7.3、覆盖图(overlay)描述

覆盖图描述使两个或多个不同的section占用同一块程序地址空间。覆盖图管理代码负责将section的拷入和拷出。考虑这种情况，当某存储块的访问速度比其他存储块要快时，那么如果将section拷到该存储块来执行或访问，那么速度将会有所提高，覆盖图描述就很适合这种情形。文法如下，

SECTIONS {

…

OVERLAY [START] : [NOCROSSREFS]
[AT ( LDADDR )]

{

SECNAME1

{

OUTPUT-SECTION-COMMAND

OUTPUT-SECTION-COMMAND

…

} [:PHDR...] [=FILL]

SECNAME2

{

OUTPUT-SECTION-COMMAND

OUTPUT-SECTION-COMMAND

…

} [:PHDR...] [=FILL]

…

} [>REGION] [:PHDR...] [=FILL]

…

}

由以上文法可以看出，同一覆盖图内的section具有相同的VMA。这里VMA由[START] 决定。SECNAME2的LMA为SECTNAME1的LMA加上SECNAME1的大小，同理计算SECNAME2,3,4…的LMA。SECNAME1的LMA由LDADDR决定，如果它没有被指定，那么由START决定，如果它也没有被指定，那么由当前定位符号的值决定。

NOCROSSREFS关键字说明各section之间不能交叉引用，否则报错。

对于OVERLAY描述的每个section，连接器将定义两个符号__load_start_SECNAME和__load_stop_SECNAME，这两个符号的值分别代表SECNAME
section的LMA地址的开始和结束。

连接器处理完OVERLAY描述语句后，将定位符号的值加上所有覆盖图内section大小的最大值。

示例：

SECTIONS{

…

OVERLAY 0×1000 : AT (0×4000)

{

.text0 { o1/*.o(.text) }

.text1 { o2/*.o(.text) }

}

…

}

.text0 section和.text1 section的VMA地址是0×1000，.text0 section加载于地址0×4000，.text1 section紧跟在其后。

程序代码，拷贝.text1 section代码，

extern char __load_start_text1, __load_stop_text1;

memcpy ((char *) 0×1000, &__load_start_text1,&__load_stop_text1 – &__load_start_text1);