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@yiltoncent 2015-11-30T15:08:16.000000Z 字数 8745 阅读 2908

可执行程序中的段 (C专家编程)

C语言基础 LINUX

昨天看《C专家编程》，其中第六章第二节给出一个编程挑战，本来觉得是很容易的问题，结果结果出乎我的意料。废话不多说，先看题目

查看可执行文件终的段
1. 编译“Hello world”程序，在可执行文件终执行ls -l，得到文件的总体大小。运行size得到各段的大小。
2. 增加一个全局的int[1000]数组声明，重新编译，再用上面的命令得到总体及各个段的大小，注意前后的区别。
3. 现在，在数组的声明中增加初始值。这将使数组从BSS段转到数据段。重复上面的测量，注意各段前后大小的变化。

按照我之前的了解，2的BSS段会比1多4×1000=4000字节，3的DATA段比1和2的多4000字节。而实际情况呢？让我们用实验来看看

hello world 1

  1. #include <stdio.h>
  3. int main(void)
  4. {
  5.     printf("Hello World!\n");
  6.     return 0;
  7. }

2015-11-24 23-18-28屏幕截图.png-49kB
可以看出：

text data bss
1137 280 4

hello world 2

  1. #include <stdio.h>
  3. int a[1000];
  4. int main(void)
  5. {
  6.     printf("Hello World!\n");
  7.     return 0;
  8. }

2015-11-24 23-13-47屏幕截图.png-50.7kB

可以看出：

text data bss
1137 280 4032

这里BSS大小为4032，比刚开始想的还多出了28个字节，这是怎么回事？

hello world 3

  1. #include <stdio.h>
  3. int a[1000]={1};
  4. int main(void)
  5. {
  6.     printf("Hello World!\n");
  7.     return 0;
  8. }

2015-11-24 23-20-30屏幕截图.png-50.2kB

可以看出：

text data bss
1137 4304 4

这里DATA大小为4304，4304-280=4024,比刚开始想的还多出了24个字节，这又是怎么回事？

分析

这里我把三个目标文件用nm程序打印出详细的段信息。

  1. yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_1.o
  2. 0804a020 B __bss_start
  3. 0804a020 b completed.7181
  4. 0804a018 D __data_start
  5. 0804a018 W data_start
  6. 08048360 t deregister_tm_clones
  7. 080483d0 t __do_global_dtors_aux
  8. 08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
  9. 0804a01c D __dso_handle
  10. 08049f14 d _DYNAMIC
  11. 0804a020 D _edata
  12. 0804a024 B _end
  13. 080484b4 T _fini
  14. 080484c8 R _fp_hw
  15. 080483f0 t frame_dummy
  16. 08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
  17. 080485d4 r __FRAME_END__
  18. 0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
  19.          w __gmon_start__
  20. 080482b0 T _init
  21. 08049f0c t __init_array_end
  22. 08049f08 t __init_array_start
  23. 080484cc R _IO_stdin_used
  24.          w _ITM_deregisterTMCloneTable
  25.          w _ITM_registerTMCloneTable
  26. 08049f10 d __JCR_END__
  27. 08049f10 d __JCR_LIST__
  28.          w _Jv_RegisterClasses
  29. 080484b0 T __libc_csu_fini
  30. 08048450 T __libc_csu_init
  31.          U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
  32. 0804841b T main
  33.          U puts@@GLIBC_2.0
  34. 08048390 t register_tm_clones
  35. 08048320 T _start
  36. 0804a020 D __TMC_END__
  37. 08048350 T __x86.get_pc_thunk.bx
  38. yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_2.o
  39. 0804a040 B a
  40. 0804a020 B __bss_start
  41. 0804a020 b completed.7181
  42. 0804a018 D __data_start
  43. 0804a018 W data_start
  44. 08048360 t deregister_tm_clones
  45. 080483d0 t __do_global_dtors_aux
  46. 08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
  47. 0804a01c D __dso_handle
  48. 08049f14 d _DYNAMIC
  49. 0804a020 D _edata
  50. 0804afe0 B _end
  51. 080484b4 T _fini
  52. 080484c8 R _fp_hw
  53. 080483f0 t frame_dummy
  54. 08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
  55. 080485d4 r __FRAME_END__
  56. 0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
  57.          w __gmon_start__
  58. 080482b0 T _init
  59. 08049f0c t __init_array_end
  60. 08049f08 t __init_array_start
  61. 080484cc R _IO_stdin_used
  62.          w _ITM_deregisterTMCloneTable
  63.          w _ITM_registerTMCloneTable
  64. 08049f10 d __JCR_END__
  65. 08049f10 d __JCR_LIST__
  66.          w _Jv_RegisterClasses
  67. 080484b0 T __libc_csu_fini
  68. 08048450 T __libc_csu_init
  69.          U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
  70. 0804841b T main
  71.          U puts@@GLIBC_2.0
  72. 08048390 t register_tm_clones
  73. 08048320 T _start
  74. 0804a020 D __TMC_END__
  75. 08048350 T __x86.get_pc_thunk.bx
  76. yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_3.o
  77. 0804a040 D a
  78. 0804afe0 B __bss_start
  79. 0804afe0 b completed.7181
  80. 0804a020 D __data_start
  81. 0804a020 W data_start
  82. 08048360 t deregister_tm_clones
  83. 080483d0 t __do_global_dtors_aux
  84. 08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
  85. 0804a024 D __dso_handle
  86. 08049f14 d _DYNAMIC
  87. 0804afe0 D _edata
  88. 0804afe4 B _end
  89. 080484b4 T _fini
  90. 080484c8 R _fp_hw
  91. 080483f0 t frame_dummy
  92. 08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
  93. 080485d4 r __FRAME_END__
  94. 0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
  95.          w __gmon_start__
  96. 080482b0 T _init
  97. 08049f0c t __init_array_end
  98. 08049f08 t __init_array_start
  99. 080484cc R _IO_stdin_used
  100.          w _ITM_deregisterTMCloneTable
  101.          w _ITM_registerTMCloneTable
  102. 08049f10 d __JCR_END__
  103. 08049f10 d __JCR_LIST__
  104.          w _Jv_RegisterClasses 080484b0 T __libc_csu_fini
  105. 08048450 T __libc_csu_init
  106.          U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
  107. 0804841b T main
  108.          U puts@@GLIBC_2.0
  109. 08048390 t register_tm_clones
  110. 08048320 T _start
  111. 0804afe0 D __TMC_END__
  112. 08048350 T __x86.get_pc_thunk.bx

对比1和2，我们关注BSS段，注意上面每一行的中间，B就表示BSS段。
如下，对于1，注意__bss_start和_end的地址。

  1. yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_1.o
  2. 0804a020 B __bss_start
  3. 0804a020 b completed.7181
  4. 0804a018 D __data_start
  5. 0804a018 W data_start
  6. 08048360 t deregister_tm_clones
  7. 080483d0 t __do_global_dtors_aux
  8. 08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
  9. 0804a01c D __dso_handle
  10. 08049f14 d _DYNAMIC
  11. 0804a020 D _edata
  12. 0804a024 B _end

计算0x804a024 - 0x804a020 = 4，正好是BSS的大小。

如下，对于2，注意__bss_start和_end的地址。

  1. yiltoncent@yiltoncent-GA-MA785GM-US2H:~/ctest/expert_c_programming_deep_c_secrets$ nm -s ch6_2_2.o
  2. 0804a040 B a
  3. 0804a020 B __bss_start
  4. 0804a020 b completed.7181
  5. 0804a018 D __data_start
  6. 0804a018 W data_start
  7. 08048360 t deregister_tm_clones
  8. 080483d0 t __do_global_dtors_aux
  9. 08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
  10. 0804a01c D __dso_handle
  11. 08049f14 d _DYNAMIC
  12. 0804a020 D _edata
  13. 0804afe0 B _end

计算0804afe0 - 0804a020 = 0xfc0 = 4032，也正好是BSS的大小。同时请注意上面另外一个符号a，其地址是0x0804a040，与__bss_start相差大小正好为0x20 = 32个字节。编译输出为何要预留32个字节，用来干什么？

最终解决

最终问题搞清楚还是在《程序员的自我修养》的启示下，里面第三章第三节使用objdump工具分析目标文件。因此我也对1和2进行了分析。

  1. ch6_2_1.o：     文件格式 elf32-i386
  3. 节：
  4. Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  5.   0 .interp       00000013  08048154  08048154  00000154  2**0
  6.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  7.   1 .note.ABI-tag 00000020  08048168  08048168  00000168  2**2
  8.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  9.   2 .note.gnu.build-id 00000024  08048188  08048188  00000188  2**2
  10.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  11.   3 .gnu.hash     00000020  080481ac  080481ac  000001ac  2**2
  12.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  13.   4 .dynsym       00000050  080481cc  080481cc  000001cc  2**2
  14.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  15.   5 .dynstr       0000004a  0804821c  0804821c  0000021c  2**0
  16.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  17.   6 .gnu.version  0000000a  08048266  08048266  00000266  2**1
  18.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  19.   7 .gnu.version_r 00000020  08048270  08048270  00000270  2**2
  20.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  21.   8 .rel.dyn      00000008  08048290  08048290  00000290  2**2
  22.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  23.   9 .rel.plt      00000018  08048298  08048298  00000298  2**2
  24.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  25.  10 .init         00000023  080482b0  080482b0  000002b0  2**2
  26.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  27.  11 .plt          00000040  080482e0  080482e0  000002e0  2**4
  28.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  29.  12 .text         00000192  08048320  08048320  00000320  2**4
  30.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  31.  13 .fini         00000014  080484b4  080484b4  000004b4  2**2
  32.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  33.  14 .rodata       00000015  080484c8  080484c8  000004c8  2**2
  34.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  35.  15 .eh_frame_hdr 0000002c  080484e0  080484e0  000004e0  2**2
  36.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  37.  16 .eh_frame     000000cc  0804850c  0804850c  0000050c  2**2
  38.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  39.  17 .init_array   00000004  08049f08  08049f08  00000f08  2**2
  40.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  41.  18 .fini_array   00000004  08049f0c  08049f0c  00000f0c  2**2
  42.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  43.  19 .jcr          00000004  08049f10  08049f10  00000f10  2**2
  44.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  45.  20 .dynamic      000000e8  08049f14  08049f14  00000f14  2**2
  46.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  47.  21 .got          00000004  08049ffc  08049ffc  00000ffc  2**2
  48.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  49.  22 .got.plt      00000018  0804a000  0804a000  00001000  2**2
  50.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  51.  23 .data         00000008  0804a018  0804a018  00001018  2**2
  52.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  53.  24 .bss          00000004  0804a020  0804a020  00001020  2**0
  54.                   ALLOC
  55.  25 .comment      00000052  00000000  00000000  00001020  2**0
  56.                   CONTENTS, READONLY
  58. ch6_2_2.o：     文件格式 elf32-i386
  60. 节：
  61. Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  62.   0 .interp       00000013  08048154  08048154  00000154  2**0
  63.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  64.   1 .note.ABI-tag 00000020  08048168  08048168  00000168  2**2
  65.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  66.   2 .note.gnu.build-id 00000024  08048188  08048188  00000188  2**2
  67.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  68.   3 .gnu.hash     00000020  080481ac  080481ac  000001ac  2**2
  69.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  70.   4 .dynsym       00000050  080481cc  080481cc  000001cc  2**2
  71.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  72.   5 .dynstr       0000004a  0804821c  0804821c  0000021c  2**0
  73.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  74.   6 .gnu.version  0000000a  08048266  08048266  00000266  2**1
  75.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  76.   7 .gnu.version_r 00000020  08048270  08048270  00000270  2**2
  77.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  78.   8 .rel.dyn      00000008  08048290  08048290  00000290  2**2
  79.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  80.   9 .rel.plt      00000018  08048298  08048298  00000298  2**2
  81.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  82.  10 .init         00000023  080482b0  080482b0  000002b0  2**2
  83.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  84.  11 .plt          00000040  080482e0  080482e0  000002e0  2**4
  85.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  86.  12 .text         00000192  08048320  08048320  00000320  2**4
  87.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  88.  13 .fini         00000014  080484b4  080484b4  000004b4  2**2
  89.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
  90.  14 .rodata       00000015  080484c8  080484c8  000004c8  2**2
  91.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  92.  15 .eh_frame_hdr 0000002c  080484e0  080484e0  000004e0  2**2
  93.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  94.  16 .eh_frame     000000cc  0804850c  0804850c  0000050c  2**2
  95.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  96.  17 .init_array   00000004  08049f08  08049f08  00000f08  2**2
  97.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  98.  18 .fini_array   00000004  08049f0c  08049f0c  00000f0c  2**2
  99.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  100.  19 .jcr          00000004  08049f10  08049f10  00000f10  2**2
  101.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  102.  20 .dynamic      000000e8  08049f14  08049f14  00000f14  2**2
  103.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  104.  21 .got          00000004  08049ffc  08049ffc  00000ffc  2**2
  105.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  106.  22 .got.plt      00000018  0804a000  0804a000  00001000  2**2
  107.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  108.  23 .data         00000008  0804a018  0804a018  00001018  2**2
  109.                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  110.  24 .bss          00000fc0  0804a020  0804a020  00001020  2**5
  111.                   ALLOC
  112.  25 .comment      00000052  00000000  00000000  00001020  2**0
  113.                   CONTENTS, READONLY

注意第53行和110行。对于1来说，BSS段本来就没有，只是留一个符号，占用四个字节，对齐方式是2^0 = 1。而对于2来说，BSS段里面有4000字节的大小，加上本来就有的4个字节，就是4004字节大小。但其对齐方式是2^5 = 32，所以4004字节被扩展成4032个字节以满足对齐条件。究其原因为何是32字节对齐，应该跟CPU的缓存机制有关吧。

关于DATA段的讨论，以后再继续，但上述思路应该是没问题的，可以参考借鉴。

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