[CSAPP] 7.4 Relocatable Object Files(재배치 가능 목적 파일)

학습 주제

Relocatable Object file에 대한 ELF 형식에서 어떠한 내용들이 담겨있는지를 학습했다.

정리한 내용

7.4 Relocatable Object Files(재배치 가능 목적 파일)

전형적인 ELF relocatable object file을 보여주고 있다.

이 그림을 통해 Relocatable object file에 무엇이 있는지를 살펴보자.

1. ELF header

object file은 16-byte의 ELF header를 통해 시작하고 있다.

• 16-byte sequence가 담는 정보 : 현재 system의 word size와 byte-ordering(endian관련)에 대한 정보가 담겨 있다.
• 헤더의 나머지 부분 : linker가 이 object file을 parsing하고 해석하기 위한 정보가 담겨 있다.
  • ELF header의 size
  • Object file의 type(relocatable, executable, shared인지. 7.3에서 언급 되었었다).
  • machine type(x86-64 등)
  • Section header table의 file offset(현재 object file에서 Section header table의 위치가 어디인지)
  • Section header table에서의 항목들의 개수와 size

2. Section header table

위의 여러 section들의 위치와 size 등이 담겨 있다. 각 section들을 위한 고정된 크기의 항목들이 담겨 있다.

3. Sections

1. .text : compile된 machine code가 담겨 있다.
2. .rodata : Read only data로, printf에 들어가는 문자열(””로 감싸어진 문자열) 또는 switch statment에서의 jump table등이 여기에 저장된다.
3. .data : 초기화된 global 변수, 또는 초기화된 static C 변수가 저장된다.
4. ※ 참고로 지역변수는 run-time에서만 스택에서 유지되고, .data 영역이나 .bss 영역 어느 곳에서도 저장하지는 않는다.
5. .bss : 초기화 되지 않은 global & static C 변수가 저장된다. 이는 0으로 초기화 된 global & static C 변수도 포함한다.이렇게 함으로써 object file의 공간 효율도 좋게 하고, 초기화 된 것과 아닌 것들도 구분 가능해진다.⇒ 어차피 run-time 때에 이 변수들이 메모리에 할당되면서 0으로 초기화 될 것이기 때문이다.
6. ⇒ https://kldp.org/node/122255 참고(data영역과 bss영역)
7. 왜 object file에 초기화되지 않은 global 및 static 변수들은 저장하지 않는 것일까?
8. 참고로 .bss section에는 어떠한 data도 없다고 한다. 이는 단지 자리리를 구분 및 표시하기 위한 것일 뿐이라고 한다.
9. .symtab : 프로그램 내에서 정의되고 참조되는 함수와 전역변수의 정보에 대한 symbol table이 담겨 있다.단, comiler 안에 있는 symbol table과는 달리 .symtab 의 symbol table은 지역 변수는 저장하지 않는다.
10. 그럼 compiler는 지역 변수를 symbol table에 저장한다는 것일까? compiler에 symbol table이 있나? ⇒ compiler는 token을 알아내기 위한 lexer(token 분석), 그리고 구분 분석기(parser)등을 통해 중간 언어(machine code)를 생성한다. 이 때, parser에 의해 scope를 알 수 있게 되고, 이 scope가 나올 때마다 해당 scope에서 선언된 변수 및 함수들을 symbol table에 저장하게 된다. 이렇게 모든 scope에 대한 symbol을 가지고 있게 되면서, 외부 scope에서 선언된 symbol에 대한 참조를 할 수 있게 되고, 또한 참조할 수 없는 곳에서 선언된 symbol을 참조하려 하면 오류를 낼 수 있게 되는 것이다.
11. -g 옵션(디버깅 옵션)을 같이 주어 compile해야만 이 symbol table을 얻을 수 있다고 말하는 사람도 있는데, 모든 relocatable object file에는 .symtab section에 symbol table이 있다.
12. .rel.text : **.text section에서 liker가 object file들을 다른 것과 결합할 때 변경이 되어야 하는 것들에 대한 location 리스트를 저장**하고 있다.하지만 local에 있는 function(같은 파일에 있는 함수)들을 호출하는 instruction은 변경될 필요가 없다. (TODO: 이것에 대한 이유로는 아마 PC relative 방법을 사용해서 그런것이 아닐까 싶다)
13. ※ relocation 정보는 executable object file에서는 필요가 없다.(executable object file일 경우에는 이 .rel.text 가 없을 수도 있다는 뜻)
14. 보통 다른 외부 함수나 외부 전역 변수를 사용하는 instruction의 경우 변경될 필요가 있다.
15. .rel.data : 현재 object module에서 참조되고 정의되는 모든 global 변수들에 대한 relocation 정보를 저장한다.
16. 만약, 이 global 변수의 초기값이 어느 global 변수의 주소를 담고 있거나(포인터), 외부 함수의 주소값이라면(함수 포인터), 이들은 이후에 변경되어 진다.
17. .debug : debugging symbol table을 가지고 있다. 이 symbol table에선 지역 변수나 typedef들로 정의된 것들, 정의되거나 참조된 전역변수들, 그리고 원래의 C source file을 담고 있다.
18. 이 section은 오로지 -g 옵션으로 컴파일 시 디버깅 옵션을 전달해야만 가능하다.
19. .line : **.text 영역에 있는 machine code로 된 instruction과 C source 프로그램 안에서의 line number간의 mapping관계를 저장**하고 있다.
20. 이것도 마찬가지로 -g 옵션에 의해서만 존재하게 된다.
21. strtab : string으로 된 symbol table이다. 여기에 나오는 symbol들은 .symtab 과 .debug 에 나오는 symbol, 그리고 section header에 나오는 section 이름들이 들어간다.
22. 이 string들은 전부 “null-terminated” string이다.