Question

我在x86_64机器上使用gcc版本4.8.2（Debian 4.8.2-21）在Debian 7系统上静态编译一个非常简单的hello-world单行程序：

gcc test.c -static -o test

我得到一个可执行的ELF文件，其中包含以下部分：

[17] .tdata            PROGBITS         00000000006b4000  000b4000
     0000000000000020  0000000000000000 WAT       0     0     8
[18] .tbss             NOBITS           00000000006b4020  000b4020
     0000000000000030  0000000000000000 WAT       0     0     8
[19] .init_array       INIT_ARRAY       00000000006b4020  000b4020
     0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8
[20] .fini_array       FINI_ARRAY       00000000006b4030  000b4030
     0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8
[21] .jcr              PROGBITS         00000000006b4040  000b4040
     0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
[22] .data.rel.ro      PROGBITS         00000000006b4060  000b4060
     00000000000000e4  0000000000000000  WA       0     0     32

请注意，.tbss部分分配在地址0x6b4020..0x6b4050（0x30字节），它与.init_array部分的分配相交，位于0x6b4020..0x6b4030（0x10字节），.fini_array部分位于0x6b4030..0x6b4040（0x10字节），.jcr部分位于0x6b4040..0x6b4048（8字节）。

请注意不与以下部分相交，例如，.data.rel.ro，但这可能是因为.data.rel.ro对齐是32，因此它可以＆＃ 39; t可以放在0x6b4060之前。

生成的文件运行正常，但我仍然没有完全了解它是如何工作的。从我在glibc文档中看到的内容，.tbss是线程本地存储的正常.bss部分（即分配的内存暂存空间，实际上没有映射到物理文件中）。是.tbss部分是如此特殊以至于它可以与其他部分重叠吗？ .init_array，.fini_array和.jcr是如此无用（例如，它们不再需要它们，然后运行与TLS相关的代码），所以它们可以被bss覆盖吗？或者它是某种错误？

基本上，如果我尝试在我的应用程序中读取地址0x6b4020，我会阅读和写入什么？ .tbss内容或.init_array指针？为什么呢？

Answer 1

.tbss的虚拟地址没有意义，因为该部分仅用作GLIBC中线程实现分配的TLS存储模板。

此虚拟地址的实现方式是.tbss在默认链接描述文件中跟.tbdata：

...
.gcc_except_table   : ONLY_IF_RW { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) }
/* Thread Local Storage sections  */
.tdata          : { *(.tdata .tdata.* .gnu.linkonce.td.*) }
.tbss           : { *(.tbss .tbss.* .gnu.linkonce.tb.*) *(.tcommon) }
.preinit_array     :
{
  PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
  KEEP (*(.preinit_array))
  PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
}
.init_array     :
{
   PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
   KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
   KEEP (*(.init_array))
   PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
}
...

因此，它的虚拟地址只是前一部分的虚拟地址（.tbdata）加上前一部分的大小（最终需要一些填充以达到所需的对齐）。 .init_array（或.preinit_array如果存在）接下来应该以相同的方式确定其位置，但.tbss已知非常特殊，它被赋予了深刻的硬编码GNU LD内部的治疗：

/* .tbss sections effectively have zero size.  */
if ((os->bfd_section->flags & SEC_HAS_CONTENTS) != 0
    || (os->bfd_section->flags & SEC_THREAD_LOCAL) == 0
    || link_info.relocatable)
  dotdelta = TO_ADDR (os->bfd_section->size);
else
  dotdelta = 0;    // <----------------
dot += dotdelta;

.tbss不可重定位，它设置了SEC_THREAD_LOCAL标志，并且没有内容（NOBITS），因此采用了else分支。换句话说，无论.tbss有多大，链接器都不会提前跟随它的部分的位置（也称为“点”）。

另请注意.tbss位于不可加载的ELF段中：

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
                 0x00000000000b1f24 0x00000000000b1f24  R E    200000
  LOAD           0x00000000000b2000 0x00000000006b2000 0x00000000006b2000
                 0x0000000000002288 0x00000000000174d8  RW     200000
  NOTE           0x0000000000000158 0x0000000000400158 0x0000000000400158
                 0x0000000000000044 0x0000000000000044  R      4
  TLS            0x00000000000b2000 0x00000000006b2000 0x00000000006b2000 <---+
                 0x0000000000000020 0x0000000000000060  R      8              |
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000     |
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     8              |
                                                                              |
 Section to Segment mapping:                                                  |
  Segment Sections...                                                         |
   00     .note.ABI-tag ...                                                   |
   01     .tdata .ctors ...                                                   |
   02     .note.ABI-tag ...                                                   |
   03     .tdata .tbss    <---------------------------------------------------+
   04

Answer 2

如果您对两件事情有所了解，这很简单：

1）什么是SHT_NOBITS

2）什么是tbss部分

SHT_NOBITS表示此部分在文件中不占用空间。

通常情况下，NOBITS部分（如bss）会在加载段末尾的所有PROGBITS部分之后放置。

tbss是保存未初始化的线程局部数据的特殊部分，这些数据有助于程序的内存映像。请注意：此部分必须为每个程序线程保存唯一数据。

现在让我们谈谈重叠。我们有两种可能的重叠 - 内部二进制文件和内部存储器。

1）二进制文件偏移：

在二进制文件中没有要在此部分下写入的数据。在文件内部它没有空间，所以链接器在tbss声明后立即启动下一节init_array。你可以考虑它的大小不是关于大小，而是关于代码的特殊服务信息，如：

if (isTLSSegment) tlsStartAddr += section->memSize();

因此它不会重叠文件内的任何内容。

2）内存偏移

动态链接器可能会在启动时修改tdata和tbss部分执行重定位，但之后，节数据作为初始化图像保留，不再修改。对于每个线程，包括初始线程，分配新存储器，然后复制初始化图像的内容。这可确保所有线程获得相同的起始条件。

这使得tbss（和tdata）如此特别。

不要将他们的内存偏移视为静态知识 - 它们更像是每线程工作的“生成模式”。因此它们也不能与“正常”内存偏移重叠 - 它们正以其他方式处理。

您可以咨询this paper以了解详情。

gcc / ld：静态链接的ELF二进制文件中的重叠节（.tbss，.init_array）

2 个答案: