《深度探索Linux系统：系统构建和原理解析》笔记——2.工具链

1. 工具链的工作过程

如下是从源文件到二进制文件的构建过程，需要注意的是链接阶段，链接和包含起始程序的目标文件（crti.o ...）

实际情况我们只需要 gcc main.c即可完成编译链接，实际上，gcc只是驱动程序，控制编译器cc1，汇编器as，连接器ld 工作。
使用 gcc -v main.c 可以看到工作的具体流程。

2. 构建阶段

2.1 预编译

gcc -E main.c -o main.i
有预编译器cpp，但编译器通常实现了预编译功能，所以gcc直接使用cc1进行预编译
主要完成：

文件包含：将包含的文件的内容复制到源文件中
宏展开
条件编译

2.2 编译

gcc -S main.c
通过词法分析，语法分析，语义分析，并生成中间代码，并对中间代码进行优化，以生成效率更高，更小的可执行代码，
最终生成汇编代码，实际生成的汇编代码中会很多汇编伪指令，目的是为接下来的链接做准备和避免代码优化导致的调试信息丢失。

2.3 汇编

将汇编指令翻译成机器指令，
创建链接时需要的信息，包括符号表和重定位表等。

和其他阶段不同，汇编的输出为二进制格式文件，在Linux中为 ELF格式文件。包括目标文件，静态库，动态库，可执行文件都是ELF格式。

2.3.1 ELF格式

文件头部信息：描述整个文件的基本属性，包括：本文件运行在什么操作系统，什么硬件体系，程序入口地址等。最重要的两个表的信息，表的位置和条目数。
一张表是 Section Header Table, 链接时使用，记录各段的位置，长度等。
一张表是 Program Header Table, 供内核和动态加载器加载ELF文件到内存时使用。

所以，对于目标文件，只需要链接，不需要执行，所以只有Section Header Table，没有 Program Header Table

查看文件头信息
readelf -h main.o
查看 Section Header Table信息
readelf -S main.o

在文件头信息后就是各个段：
.text 代码
.data 初始化的数据
.bss 未初始化的数据，由于未初始化的数据默认为0，所以不需要在elf文件中占用空间，只需要告诉系统分配对应大小的空间，并初始化为0即可。

一个目标文件的elf如下

.symtab ：符号表
read -s main.o 查看符号表

2.3.2 重定位表

在汇编一个模块时，由于无法知道导入符号的运行地址，所以给这些符号虚拟一个地址（通常为空），在链接时，确定了这些符号的运行地址，再修订这些符号的位置，这个过程称为重定位。
除了编译时重定位还有加载时重定位和运行时重定位，这里只讨论前者。

链接其会为目标文件找到其外部符号的定义，为了方便链接器工作，目标文件需要建立一个表，每个表项为外部符号，这个表称为重定位表。
重定位表的表项为如下两种格式：

r_offset 符号值在目标文件中的偏移值
r_info 符号名称在符号表的索引
r_addend 用于辅助计算修订值

查看重定位表
readelf -r hello.o
下面说明了哪些符号需要重定位

2.3.3 符号表

因为链接器需要重定位符号，所以需要知道这些符号定义在哪里，所以目标文件需要建立一个表，记录自己的导出符号。

value:符号运行地址，链接时才分配运行时地址，所以这里值都为空
size:符号对应实体占用内存大小
type:符号类型，object指变量类型
bind:符号绑定信息，local为内部符号，global为全局符号
ndx:符号在哪个段，对于main在1即.text段，对于foo2,foo2_func是导入符号，未定义，所以是UND