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gcc链接脚本详解.pdf
一、 概论
每一个链接过程都由链接脚本(linker script, 一般以 lds 作为文件的后缀名)控制. 链接脚本
主要用于规定如何把输入文件内的 section 放入输出文件内, 并控制输出文件内各部分在程
序地址空间内的布局. 但你也可以用连接命令做一些其他事情.
连接器有个默认的内置连接脚本, 可用 ld –verbose 查看. 连接选项-r 和-N 可以影响默认的
连接脚本(如何影响?).
-T 选项用以指定自己的链接脚本, 它将代替默认的连接脚本。你也可以使用以增加自定义的
链接命令.
以下没有特殊说明，连接器指的是静态连接器.
二、基本概念
链接器把一个或多个输入文件合成一个输出文件.
输入文件: 目标文件或链接脚本文件.
输出文件: 目标文件或可执行文件.
目标文件(包括可执行文件)具有固定的格式, 在 UNIX 或 GNU/Linux 平台下, 一般为 ELF 格
式
有时把输入文件内的 section 称为输入 section(input section), 把输出文件内的 section 称为
输出 section(output sectin).
目标文件的每个 section 至少包含两个信息: 名字和大小. 大部分 section 还包含与它相关联
的一块数据, 称为 section contents(section 内容). 一个 section 可被标记为“loadable(可加
载的)”或“allocatable(可分配的)”.
loadable section: 在输出文件运行时, 相应的 section 内容将被载入进程地址空间中.
allocatable section: 内容为空的 section 可被标记为“可分配的”. 在输出文件运行时, 在进
程地址空间中空出大小同 section 指定大小的部分. 某些情况下, 这块内存必须被置零.
如果一个 section 不是“可加载的”或“可分配的”, 那么该 section 通常包含了调试信息. 可用
objdump -h 命令查看相关信息.
每个“可加载的”或“可分配的”输出 section 通常包含两个地址: VMA(virtual memory address
虚拟内存地址或程序地址空间地址)和 LMA(load memory address 加载内存地址或进程地址
空间地址). 通常 VMA 和 LMA 是相同的.
在目标文件中, loadable 或 allocatable 的输出 section 有两种地址: VMA(virtual Memory
Address)和 LMA(Load Memory Address). VMA 是执行输出文件时 section 所在的地址, 而
LMA 是加载输出文件时 section 所在的地址. 一般而言, 某 section 的 VMA == LMA. 但在
嵌入式系统中, 经常存在加载地址和执行地址不同的情况: 比如将输出文件加载到开发板
的 flash 中(由 LMA 指定), 而在运行时将位于 flash 中的输出文件复制到 SDRAM 中(由 VMA
指定).
可这样来理解 VMA 和 LMA, 假设:
(1) .data section 对应的 VMA 地址是 0×08050000, 该 section 内包含了 3 个 32 位全局变量,
i、j 和 k, 分别为 1,2,3.
(2) .text section 内包含由”printf( “j=%d “, j );”程序片段产生的代码.
连接时指定.data section 的 VMA 为 0×08050000, 产生的 printf 指令是将地址为
0×08050004 处的 4 字节内容作为一个整数打印出来。
如果.data section 的 LMA 为 0×08050000，显然结果是 j=2
如果.data section 的 LMA 为 0×08050004，显然结果是 j=1
还可这样理解 LMA:
.text section 内容的开始处包含如下两条指令(intel i386 指令是 10 字节，每行对应 5 字节):
jmp 0×08048285
movl $0×1,%eax
如果.text section 的 LMA 为 0×08048280, 那么在进程地址空间内 0×08048280 处为“jmp
0×08048285”指令, 0×08048285 处为 movl $0×1,%eax 指令. 假设某指令跳转到地址
0×08048280, 显然它的执行将导致%eax 寄存器被赋值为 1.
如果.text section 的 LMA 为 0×08048285, 那么在进程地址空间内 0×08048285 处为“jmp
0×08048285”指令, 0×0804828a 处为 movl $0×1,%eax 指令. 假设某指令跳转到地址
0×08048285, 显然它的执行又跳转到进程地址空间内 0×08048285 处, 造成死循环.
符号(symbol): 每个目标文件都有符号表(SYMBOL TABLE), 包含已定义的符号(对应全局
变量和 static 变量和定义的函数的名字)和未定义符号(未定义的函数的名字和引用但没定义
的符号)信息.
符号值: 每个符号对应一个地址, 即符号值(这与 c 程序内变量的值不一样, 某种情况下可以
把它看成变量的地址). 可用 nm 命令查看它们. (nm 的使用方法可参考本 blog 的 GNU
binutils 笔记)
三、 脚本格式
链接脚本由一系列命令组成, 每个命令由一个关键字(一般在其后紧跟相关参数)或一条对符
号的赋值语句组成. 命令由分号‘;’分隔开.
文件名或格式名内如果包含分号’;'或其他分隔符, 则要用引号‘”’将名字全称引用起来. 无法
处理含引号的文件名.
/* */之间的是注释。
四、 简单例子
在介绍链接描述文件的命令之前, 先看看下述的简单例子:
以下脚本将输出文件的 text section 定位在 0×10000, data section 定位在 0×8000000:
SECTIONS
{
. = 0×10000;
.text : { *(.text) }
. = 0×8000000;
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss) }
}
解释一下上述的例子:
. = 0×10000 : 把定位器符号置为 0×10000 (若不指定, 则该符号的初始值为 0).
.text : { *(.text) } : 将所有(*符号代表任意输入文件)输入文件的.text section 合并成一个.text
section, 该 section 的地址由定位器符号的值指定, 即 0×10000.
. = 0×8000000 ：把定位器符号置为 0×8000000
.data : { *(.data) } : 将所有输入文件的.data section 合并成一个.data section, 该 section 的
地址被置为 0×8000000.
.bss : { *(.bss) } : 将所有输入文件的.bss section 合并成一个.bss section，该 section 的地
址被置为 0×8000000+.data section 的大小.
连接器每读完一个 section 描述后, 将定位器符号的值*增加*该 section 的大小. 注意: 此处
没有考虑对齐约束.
五、 简单脚本命令
ENTRY(SYMBOL) ：将符号 SYMBOL 的值设置成入口地址。
入口地址(entry point)是指进程执行的第一条用户空间的指令在进程地址空间的地址
ld 有多种方法设置进程入口地址, 按一下顺序: (编号越前, 优先级越高)
1, ld 命令行的-e 选项
2, 连接脚本的 ENTRY(SYMBOL)命令
3, 如果定义了 start 符号, 使用 start 符号值
4, 如果存在.text section, 使用.text section 的第一字节的位置值
5, 使用值 0
INCLUDE filename : 包含其他名为 filename 的链接脚本
相当于 c 程序内的的#include 指令, 用以包含另一个链接脚本.
脚本搜索路径由-L 选项指定. INCLUDE 指令可以嵌套使用, 最大深度为 10. 即: 文件 1 内
INCLUDE 文件 2, 文件 2 内 INCLUDE 文件 3… , 文件 10 内 INCLUDE 文件 11. 那么文件
11 内不能再出现 INCLUDE 指令了.
INPUT(files): 将括号内的文件做为链接过程的输入文件
ld 首先在当前目录下寻找该文件, 如果没找到, 则在由-L 指定的搜索路径下搜索. file 可以为
-lfile 形式，就象命令行的-l 选项一样. 如果该命令出现在暗含的脚本内, 则该命令内的 file
在链接过程中的顺序由该暗含的脚本在命令行内的顺序决定.
GROUP(files) : 指定需要重复搜索符号定义的多个输入文件
file 必须是库文件, 且 file 文件作为一组被 ld 重复扫描，直到不在有新的未定义的引用出现。
OUTPUT(FILENAME) : 定义输出文件的名字
同 ld 的-o 选项, 不过-o 选项的优先级更高. 所以它可以用来定义默认的输出文件名. 如
a.out
SEARCH_DIR(PATH) ：定义搜索路径，
同 ld 的-L 选项, 不过由-L 指定的路径要比它定义的优先被搜索。
STARTUP(filename) : 指定 filename 为第一个输入文件
在链接过程中, 每个输入文件是有顺序的. 此命令设置文件 filename 为第一个输入文件。
OUTPUT_FORMAT(BFDNAME) : 设置输出文件使用的 BFD 格式
同 ld 选项-o format BFDNAME, 不过 ld 选项优先级更高.
OUTPUT_FORMAT(DEFAULT,BIG,LITTLE) : 定义三种输出文件的格式(大小端)
若有命令行选项-EB, 则使用第 2 个 BFD 格式; 若有命令行选项-EL，则使用第 3 个 BFD 格
式.否则默认选第一个 BFD 格式.
TARGET(BFDNAME)：设置输入文件的 BFD 格式
同 ld 选项-b BFDNAME. 若使用了 TARGET 命令, 但未使用 OUTPUT_FORMAT 命令, 则
最用一个 TARGET 命令设置的 BFD 格式将被作为输出文件的 BFD 格式.
ASSERT(EXP, MESSAGE)：如果 EXP 不为真，终止连接过程
EXTERN(SYMBOL SYMBOL …)：在输出文件中增加未定义的符号，如同连接器选项-u
FORCE_COMMON_ALLOCATION：为 common symbol(通用符号)分配空间，即使用了-r
连接选项也为其分配
NOCROSSREFS(SECTION SECTION …)：检查列出的输出 section，如果发现他们之间
有相互引用，则报错。对于某些系统，特别是内存较紧张的嵌入式系统，某些 section 是不
能同时存在内存中的，所以他们之间不能相互引用。
OUTPUT_ARCH(BFDARCH)：设置输出文件的 machine architecture(体系结构)，
BFDARCH 为被 BFD 库使用的名字之一。可以用命令 objdump -f 查看。
可通过 man -S 1 ld 查看 ld 的联机帮助, 里面也包括了对这些命令的介绍.
六、 对符号的赋值
在目标文件内定义的符号可以在链接脚本内被赋值. (注意和 C 语言中赋值的不同!) 此时该
符号被定义为全局的. 每个符号都对应了一个地址, 此处的赋值是更改这个符号对应的地
址.
举例. 通过下面的程序查看变量 a 的地址:
a.c 文件
/* a.c */
#include
int a = 100;
int main()
{
printf( "&a=%p\n", &a );
return 0;
}
a.lds 文件
/* a.lds */
a = 3;
编译命令：
$ gcc -Wall -o a-without-lds.exe a.c
运行结果：
&a = 0×601020
编译命令：
$ gcc -Wall -o a-with-lds.exe a.c a.lds
运行结果：
&a = 0×3
注意: 对符号的赋值只对全局变量起作用!
对于一些简单的赋值语句，我们可以使用任何 c 语言语法的赋值操作:
SYMBOL = EXPRESSION ;
SYMBOL += EXPRESSION ;
SYMBOL -= EXPRESSION ;
SYMBOL *= EXPRESSION ;
SYMBOL /= EXPRESSION ;
SYMBOL >= EXPRESSION ;
SYMBOL &= EXPRESSION ;
SYMBOL |= EXPRESSION ;
除了第一类表达式外, 使用其他表达式需要 SYMBOL 已经被在某目标文件的源码中被定
义。
. 是一个特殊的符号，它是定位器，一个位置指针，指向程序地址空间内的某位置(或某
section 内的偏移，如果它在 SECTIONS 命令内的某 section 描述内)，该符号只能在
SECTIONS 命令内使用。
注意：赋值语句包含 4 个语法元素：符号名、操作符、表达式、分号；一个也不能少。
被赋值后，符号所属的 section 被设值为表达式 EXPRESSION 所属的 SECTION(参看 11.
脚本内的表达式)
赋值语句可以出现在连接脚本的三处地方：SECTIONS 命令内，SECTIONS 命令内的
section 描述内和全局位置。
示例 1：
floating_point = 0; /* 全局位置 */
SECTIONS
{
.text :
{
*(.text)
_etext = .; /* section 描述内 */
}
_bdata = (. + 3) & ~ 4; /* SECTIONS 命令内 */
.data : { *(.data) }
}
PROVIDE 关键字
该关键字用于定义这类符号：在目标文件内被引用，但没有在任何目标文件内被定义的符号。
示例 2：
SECTIONS
{
.text :
{
*(.text)
_etext = .;
PROVIDE(etext = .);
}
}
这里，当目标文件内引用了 etext 符号，却没有定义它时，etext 符号对应的地址被定义为.text
section 之后的第一个字节的地址。
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。
ADDRESS 可以是一个任意表达式，比如，ALIGN(0×10)这将把该 section 的 VMA 设置成
定位符号的修调值，满足 16 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 :
{
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