Linux下C程序的鏈接過程

今天看到一個很有意思的小程序，它讓我對Linux下C程序的編譯鏈接有了一個全新的認識！
這個程序的就是寫一個簡單的輸出“hello World!”:
要求：1.不使用C運行庫，寫一個獨立於任何庫的程序。（也就是說我們不能#include<stdio>）。
2.不適用main函數為程序的入口（大家都知道一般使用了庫的程序都是使用main函數作為程序的入口，在這裡我們使用自己寫的函數nomain作為程序的入口）。
3.使用連接器ld把程序的所有段合為一個“Tinytext”段。
顯然要符合要求我們就只能用匯編去寫，源代碼如下：

char *str="Hello world!\n";

void print()
{
    asm("movq $13,%%rdx \n\t"
        "movq %0,%%rcx \n\t"
        "movq $0,%%rbx \n\t"
        "movq $4,%%rax \n\t"
        "int $0x80     \n\t"
        ::"r"(str):"edx","ecx","ebx");
}

void exit()
{
   asm("movq $42,%rbx   \n\t"
       "movq $1,%rax    \n\t"
       "int $0x80       \n\t");
}

void nomain()
{
   print();
   exit();
}

我們vi一個TinyHelloWorld.c。裡面寫上如上代碼。



本人的環境是64位的，如果是32為環境的朋友只要把，movq改為movl，rdx改為edx，rax改為eax，rbx改為ebx。
由於操作系統的系統結構發生了變化，在x86-64中，所有通用寄存器（GPRs）都從32位擴充到了64位，名字也發生了變化。8個通用寄存器（eax, ebx, ecx, edx, ebp, esp, esi, edi）在新的結構中被命名為rax, rbx, rcx, rdx, rbp, rsp, rsi, rdi。movl命令也需相應改成movq。
首先程序的入口時nomain函數，它調用print函數打印HelloWorld，然後調用exit函數退出。print函數使用了Linux的WRITE系統調用，exit函數使用了EXIT系統調用。
定義一個字符串，它是放在只讀代碼段的。
print函數和exit函數中，WRITE系統調用和EXIT系統調用都是通過0x80中斷實現的。其中eax為調用號rbx，rcx，rdx是一些寄存器用來傳遞參數的。比如WRITE系統調用是往一個文件句柄寫入數據，如果用C語言來表示WRITE系統調用的話他的函數原型是：

int write(int filedesc,char* buffer,int size)

WRITE的調用號為4，則rax為0。
filedesc表示被寫入的句柄文件，我們默認輸出為默認終端，他的句柄為0，所以rbx為0。
buffer表示要寫入的緩沖區地址使用rcx寄存器傳送，我們要輸出str字符串，所以rcx=str。
size表示要寫入的字節數，這裡str的長度為13字節，所以rdx=13。
代碼寫好以後我們使用普通的命令行來編譯鏈接TinyHelloWorld.c

gcc -c -fno-builtin TinyHelloWorld.c  //生成TinyHelloWorld.o

-c參數是表示編譯。
-fno-builtin參數關閉GCC內置函數的功能（GCC中有很多內置的函數，它你會把C庫的一些函數替換成內置的函數，以達到優化的功能）
然後鏈接TinyHelloWorld.o文件生成可執行文件TinyHelloWorld.

ld -static -e nomain -o TinyHelloWorld TinyHelloWorld.o

-static參數指在這裡使用靜態鏈接方式。
-e nomai參數表示程序的入口為nomain函數
-o 表示鏈接





運行可以輸出Hello World！



至此，一個HelloWorld程序寫好了。
我們使用objdump指令來查看TinyHelloWorld這個文件可以看出來他又4個段：.data .rodata .text .commond 段。這幾個段的屬性都是只讀的，按理來說我們可以把他們合圍一個段。這就需要借助ld鏈接器來實現。

objdump -h TinyHelloWorld

使用-verbose查看默認的鏈接腳本信息：

ld -verbose TinyHelloWorld

然後編寫TinyHelloWorld.lds腳本：

ENTRY(nomain)

SECTIONS
{
  .= 0x08048000 + SIZEOF_HEADERS;
  tinytext : { *(.text) *(.data) *(.rodata)}
  /DISCARD/ :{ *(.comment) }
}

然後使用自己編寫的腳本鏈接目標文件。

gcc -c -fno-builtin TinyHelloWorld.
ld -static -T TinyHelloWorld.lds -o TinyHello TinyHelloWorld.o

-static -T TinyHelloWorld.lds參數是使用靜態鏈接，並且使用自己編寫的TinyHelloWorld.lds腳本鏈接。
它會生成一個588個字節的可執行文件TinyHelloWorld。執行可以打印Hello World！。如果你使用objdump查看TinyHelloWorld的段，你會發現我們達到了將最後一個只有一個段的要求。
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