链接器(linker)

介绍

在计算机科学中，链接器（Linker）是将多个目标文件（object file）合并成单个可执行文件（executable file）的程序。在编译C或C++程序时，源代码首先被编译器（compiler）翻译成目标文件，然后链接器将这些目标文件合并成单个可执行文件。

学习前要了解的知识

在学习链接器之前，需要掌握以下基础知识：

目标文件格式：了解不同操作系统下的目标文件格式（如ELF、COFF、Mach-O等），以及目标文件中包含的数据和代码段、符号表、重定位表等结构。

符号解析和重定位：理解符号解析的过程，包括符号绑定、强符号和弱符号等概念，同时也需要掌握重定位的相关知识，如重定位类型、符号重定位等。

静态链接和动态链接：了解静态链接和动态链接的概念以及它们的优缺点，掌握使用静态链接和动态链接的方法。

命令使用：

链接器一般由编译器提供，通常使用命令行进行操作。以下是一些常用的链接器命令：

ld：Linux系统下的链接器命令，可用于链接目标文件生成可执行文件或共享库文件。

lld：LLVM项目提供的链接器，支持多种目标文件格式和平台。

link：Windows系统下的链接器命令，可用于链接目标文件生成可执行文件或动态链接库。

脚本编写

链接器脚本（linker script）是一种用于控制链接器行为的脚本语言。它可以控制内存布局、符号定义、符号位置等，使得程序可以正确地链接和运行。在操作系统和嵌入式系统中，链接器脚本是非常重要的。

链接器脚本通常包括以下部分：

头文件（Header）：声明脚本使用的语言和版本。

符号定义（Symbol Definitions）：定义链接器脚本中的符号。

内存布局（Memory Layout）：定义链接器在内存中放置程序的方式。

节定义（Section Definitions）：定义程序的代码和数据段。

地址重定位（Address Relocations）：定义符号的位置，链接器将会对这些位置进行重定位。

下面是一个示例链接器脚本，用于从零开始编写操作系统的链接：

ENTRY(_start)

SECTIONS {
/* 从0x00100000地址处开始运行 */
. = 0x00100000;

    /* 代码段 */
    .text : {
        *(.text)
    }

    /* 数据段 */
    .data : {
        *(.data)
    }

    /* 只读数据段 */
    .rodata : {
        *(.rodata)
    }

    /* 未初始化数据段 */
    .bss : {
        *(.bss)
    }

    /* 引导扇区 */
    .boot : {
        *(.boot)
    }

    /* 结束符 */
    _end = .;
}

这个脚本定义了操作系统的内存布局和链接方式，将代码和数据放置到合适的位置。其中，ENTRY(_start) 定义了程序的入口点为 _start，SECTIONS 块定义了程序的各个部分，包括代码段、数据段、只读数据段、未初始化数据段、引导扇区等。最后一个段定义了 _end 符号，表示整个程序的结束位置。

需要注意的是，具体的链接器脚本语法和使用方式可能因不同的链接器而有所不同。在实际使用中，需要根据具体情况进行修改和调整。

总之，链接器脚本是链接器中非常重要的一部分，它可以控制链接器的行为，定义程序的内存布局和链接方式。对于从零开始编写操作系统的开发者来说，编写自定义的链接器脚本是非常必要的。

作用

链接器的主要作用是将多个目标文件合并成单个可执行文件或共享库文件，以便于程序运行。此外，链接器还具有以下功能：

符号解析：解析目标文件中的符号并将它们解析为地址。

重定位：处理目标文件中的重定位表，修改目标文件中的地址，使其正确地指向目标文件中的符号。

库文件链接：将目标文件中的函数调用链接到正确的库函数。

符号隐藏：隐藏不需要外部访问的符号，以减小可执行文件的大小。

总之，链接器是一个非常重要的工具，它将目标文件组合成最终的可执行文件或共享库文件，为程序的运行提供了基础。