LD-2

了解苹果的LD

其实文章关于传统Section Based Linker那块我还没怎么读懂，有兴趣的欢迎互相探讨。

之前研究Xcode 10兼容libstdc++的时候，稍微把玩了下苹果的LD，借这个机会正好通读了下苹果的LD设计，本文做一下总结。

Atom & FixUp

苹果的LD，核心理念就是基于Atom和FixUp，拿着两个术语是啥意思呢？

  • Atom就是一块代码（函数）或者数据（全局变量）之类的，每个Atom都有一些属性，比如名称、作用域、内容类型、字节对齐之类的。
  • Fixup可以理解为一个包含种类、便宜、辅助加数以及目标Atom的数据结构。

有点抽象对吧？概要来说，苹果LD通过Atom和FixUP构建一张图，图中的节点都是Atom，连接Atom的则是FixUP。

通过构建这样一张图，苹果就可以在链接期间进行一系列的优化，比如死代码剔除，怎么做呢？比如一段代码也会被抽象成Atom，如果没有FixUP连接的Atom就可以进行剔除

举一个简单的小例子main.c：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello world");
    return 0;
}

会被抽象出如下行为：

单独编译这个.c文件生成的.o会包含两个atom，一个是main函数，另外一个是C字符串"hello world"

printf 本质上也会一个atom，但是在这个编译单元内他还没加入图中。

而fixup也存在两个，一个是去调用不知道在哪的函数printf的调用fixup，一个是去加载字符串的fixup。

链接过程

  • 链接过程的第一步就是要处理输入文件，构建一张初始图。

    • 如果输入文件是.o，那么所有的atom都会被加入到初始图当中。
    • 如果输入文件是静态库(静态库基本上就是一组.o文件包含一个目录)，初始状态下这里面的atom都默认不会加入到里面，当LD不断初始图中有没被决议的fixup，如果fixup对应的目标atom在这个静态库里面的话，就会把找到的atom的加入到图内。
    • 动态库其实在链接期间不会添加任何的atom，同静态库一样，如果有没被决议的fixup对应的atom在动态库内找到（比如tbd声明的那些），就就提供一个代理，这个代理标记了这个符号来自哪个动态库

本质上来说，链接期间动态库的作用就是参与标记一下。

  • 考虑完符号决议，还要考虑符号合并之类的，比如根据字符串表的设计，来自不同文件的相同字符串，比如"haha"，不可能保留两份，需要合并。此外还有诸如C中的tentative definitions，C++ Weak Symbol等

  • 处理fixup的时候，也需要分几种类型，见下图：

其他

虽然苹果的LD已经抽象成了Atom-FixUP的架构，但是它的可执行文件Mach-O还是传统的基于section的结构，这限制了Atom-FixUP的能力。