Linguagem C. Produção de programas em C (Ligação estática) Centro de Cálculo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

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1 Capítulo 7, secções.1-.9 Capítulo 4, secções Linguagem C Produção de programas em C (Ligação estática) Centro de Cálculo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa João Pedro Patriarca (jpatri@cc.isel.ipl.pt)

2 Ficheiro objecto realocável (formato ELF) secções descreve secções ELF header.text.rodata.data.bss.symtab.rel.text.rel.data.debug.line.strtab Section header table 0 > objdump h x.o, apresenta a header table das secções > objdump s -t x.o, apresenta o conteúdo das secções e os símbolos > objdump j.rodata -s x.o, apresenta o conteúdo da secção indicada > objdump d M intel S x.o, apresenta o disassembly das secções que contêm código (.text) com o código fonte embebido (opção g) > nm n -S x.o, apresenta a tabela com os símbolos por ordem crescente de endereços (-n) e a dimensão associada a cada símbolo (-S) 2

3 Ligação estática (linker) Ligação estática de objectos realocáveis: Soluções, eventualmente, específicas do linker da GNU para problemas comuns de qualquer linker Entrada: ficheiros objectos realocáveis; bibliotecas estáticas. 1ª fase Resolução de símbolos: associa cada referência de símbolo com uma única definição de símbolo Secção.symtab: tabela com os símbolos definidos e referenciados no programa; não inclui apenas os símbolos mantidos no stack nm filename.o, para apresentação da tabela com os símbolos 2ª fase Realocação: junta e realoca as secções do mesmo tipo, associa a cada definição de símbolo a sua localização em memória e actualiza todas as referências para esses símbolos no programa (.text e.data) Secções.rel.text e.rel.data: contém lista de localizações na secção.text e.data, respectivamente, a actualizar pelo linker Saída: ficheiro objecto executável 3

4 Ficheiro objecto executável (formato ELF) Mapeia secções a segmentos de memória descreve secções 0 ELF header Segment header table.init.text.rodata.data.bss.symtab.debug.line.strtab Section header table segmento de memória read-only (code segment) segmento de memória read/write (data segment) secções não carregadas em memória Os mesmos comandos servem para observar a informação presente nas secções do executável 4

5 Imagem em memória de um processo Linux 0xc kernel virtual memory user stack (created at runtime) memória invisível ao código do utilizador (user code) esp (stack pointer) 0x memory mapped region for shared libraries 0x runtime heap (created at runtime by malloc) read/write segment (.data,.bss) read-only segment (.init,.text,.rodata) unused brk carregado do ficheiro executável 5

6 Classificação de símbolos Símbolos fortes: funções e variáveis globais inicializadas Símbolos fracos: variáveis globais não inicializadas Definição múltipla de símbolos globais: Regra 1: não são permitidos múltiplos símbolos fortes; Regra 2: na presença de um símbolo forte e múltiplos símbolos fracos é seleccionado o símbolo forte; Regra 3: na presença de múltiplos símbolos fracos é escolhido qualquer um, tipicamente o que ocupará maior espaço em memória 6

7 Potenciais problemas no processo de ligação Cenário 1 definições repetidas: As variáveis globais não inicializadas (símbolos fracos) têm um tratamento diferente Os restantes símbolos são considerados fortes (var globais inicialidas, funções globais) Erro de ligação na presença de repetições de símbolos fortes Cenário 2 ausência da declaração de uma função externa: Na chamada à função passa como argumentos literais inteiros Na definição recebe doubles O erro manifesta-se apenas em tempo de execução Cenário 3 definição múltipla de variáveis globais não inicializadas: Na tabela de símbolos apresentada pela ferramenta nm têm o atributo COMMON (significa que ainda não têm espaço alocado em memória) Não dá erro de ligação, é criado um único símbolo e é alocado espaço que dê suporte à definição que necessite de mais espaço em memória Na presença de um símbolo forte e múltiplos símbolos fracos ganha sempre o forte Exemplo com duas variáveis globais x e y do tipo inteiro, iniciadas e definidas no mesmo módulo A e uma variável x do tipo double, não iniciada, e definida no módulo B. No módulo B, uma função altera o double x; no main, chama-se a função e apresenta-se em notação hexadecimal os dois inteiros (CSPP pg 360) 7

8 Biblioteca estática Comando para gerar a biblioteca estática: ar crs libname.a fileobj1.o fileobj2.o fileobj3.o opções: c create; r sobrepõe módulos repetidos; s cria tabela com indexação para os módulos Motivação: reduzir a dimensão de um ficheiro objecto executável bib: CSPP 7.{ } reduz, ligando apenas os módulos da biblioteca que efectivamente resolvam algum símbolo indefinido A opção static no Linker força a ligação estática de todos os módulos (incluindo os módulos presentes na biblioteca libc.a) 8

9 Makefile (exemplo) Requisitos Regra Makefile app: app.o libdynamic_mem.a gcc -o app app.o./libdynamic_mem.a Objectivo por omissão Começa com o carácter \t e não espaços app.o: app.c dynamic_memory.h utils.h gcc -Wall -pedantic -c -O2 app.c Objectivo libdynamic_mem.a: dynamic_memory.o utils.o heap.o ar rcs libdynamic_mem.a dynamic_memory.o utils.o heap.o dynamic_memory.o: dynamic_memory.c dynamic_memory.h heap.h macros.h gcc -Wall -pedantic -c -O2 dynamic_memory.c utils.o: utils.c utils.h heap.h dynamic_memory.h gcc -Wall -pedantic -c -O2 utils.c heap.o: heap.c heap.h gcc -Wall -pedantic -c -O2 heap.c Comando: Linha shell (zero ou mais) r replace existing members c create archive s write object file index > ar t lib, para ver a tabela Make: Algoritmo recursivo que executa os comandos para a regra cujas dependências tenham uma data posterior à data do objectivo 9

10 Makefile com variáveis automáticas (exemplo) CFLAGS = -Wall pedantic g -c O2 app: app.o libdynamic_mem.a gcc -o $@ $<./libdynamic_mem.a app.o: app.c dynamic_memory.h utils.h gcc $(CFLAGS) $< Makefile Variáveis automáticas: $@ nome do objectivo $^ requisitos (todos) $< primeiro requisito $( ) variável libdynamic_mem.a: dynamic_memory.o utils.o heap.o ar rcs $@ $^ dynamic_memory.o: dynamic_memory.c dynamic_memory.h heap.h macros.h gcc $(CFLAGS) $< utils.o: utils.c utils.h heap.h dynamic_memory.h gcc $(CFLAGS) $< heap.o: heap.c heap.h gcc $(CFLAGS) $< 10