计算机系统篇之链接（12）：Chapter 7 Linking 习题与解答
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计算机系统篇之链接（12）：Chapter 7 Linking 习题与解答
Author:stormQ
Monday, 15. July 2019 11:18AM
习题
- 7.6
7.6 解答
- 7.7
7.7 解答
- 7.8
7.8 解答
- 7.9
7.9 解答
- 7.10
7.10 解答
- 7.11
7.11 解答
- 7.12
7.12 解答
- 7.13
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 |
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。
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 |
|
| B |
|
| C |
|
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。
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
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。
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
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)
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以上是关于计算机系统篇之链接（12）：Chapter 7 Linking 习题与解答的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章