使用 GCC 修复位置无关可执行文件中全局变量的重定位

Question

我正在寻找 gcc 命令行标志或其他设置来为我的静态链接、位置无关的 i386 可执行文件生成 GOTOFF 重定位而不是 GOT 重定位。有关我在下面尝试的内容的更多详细信息。

我的源文件 g1.s 如下所示：

extern int answer;
int get_answer1() { return answer; }

我的另一个源文件 g2.s 如下所示：

extern int answer;
int get_answer2() { return answer; }

我用 gcc -m32 -fPIE -Os -static -S -ffreestanding -fomit-frame-pointer -fno-unwind-tables -fno-asynchronous-unwind-tables g1.c 为 i386 编译它们。

我得到以下汇编输出：

    .file   "g1.c"
    .text
    .globl  get_answer1
    .type   get_answer1, @function
get_answer1:
    call    __x86.get_pc_thunk.cx
    addl    $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_, %ecx
    movl    answer@GOT(%ecx), %eax
    movl    (%eax), %eax
    ret
    .size   get_answer1, .-get_answer1
    .section        .text.__x86.get_pc_thunk.cx,"axG",@progbits,__x86.get_pc_thunk.cx,comdat
    .globl  __x86.get_pc_thunk.cx
    .hidden __x86.get_pc_thunk.cx
    .type   __x86.get_pc_thunk.cx, @function
__x86.get_pc_thunk.cx:
    movl    (%esp), %ecx
    ret
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.3) 4.8.4"
    .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

以下是使用 GCC 7.2 在线重现此行为的方法：https://godbolt.org/g/XXkxJh

而不是上面的 GOT，我想得到 GOTOFF，并且 movl %(eax), %eax 应该消失，所以该函数的汇编代码应该如下所示：

get_answer1:
    call    __x86.get_pc_thunk.cx
    addl    $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_, %ecx
    movl    answer@GOTOFF(%ecx), %eax
    ret

我已验证此 GOTOFF 汇编版本有效，而 GOT 版本无效（因为它有一个额外的指针间接寻址）。

如何说服 gcc 生成 GOTOFF 版本？我尝试了 -fPIC、-fpic、-fPIE、-fpie、-pie、-fno-plt 的各种组合。 None 他们成功了，他们都让 gcc 产生了 GOT 版本。

我在 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/x86-Options.html or any generic flag here: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Code-Gen-Options.html

上找不到任何特定于 i386 的标志

事实上，我正在为 "..." 字符串文字获取 GOTOFF 重定位，我还想为 extern 变量获取它们。

最终输出是自定义二进制格式的静态链接可执行文件（我为此编写了 GNU ld 链接器脚本）。没有动态链接，也没有共享库。地址随机化由自定义加载器执行，它可以自由地将可执行文件加载到任何地址。所以我确实需要与位置无关的代码。没有每段内存映射：整个可执行文件按原样连续加载。

我在网上找到的所有文档都在谈论动态链接的位置无关可执行文件，但我在那里找不到任何有用的东西。

Answer 1

我无法用 gcc -fPIE 解决这个问题，所以我通过处理输出文件手动解决了这个问题。

我使用 gcc -Wl,-q，输出 ELF 可执行文件包含重定位。我 post-process 这个 ELF 可执行文件，并在开头添加以下汇编指令：

call next
next:
pop ebx
add [ebx + R0 + (after_add - next)], ebx
add [ebx + R1 + (after_add - next)], ebx
add [ebx + R2 + (after_add - next)], ebx
...
after_add:

，其中 R0、R1、R2 ... 是 ELF 可执行文件中 R_386_32 重定位的地址。 In use objdump -O binary prog.elf prog.bin', and nowprog.bin' 包含与位置无关的代码，因为它以 `add [ebx + ...], ebx' 指令开头，它在代码执行时对代码进行必要的重定位开始运行.

根据执行环境，需要 gcc 标志 -Wl,-N，以使 .text 部分可写（`add [ebx + ...], ebx'说明需要那个）。

使用 GCC 修复位置无关可执行文件中全局变量的重定位

Fix relocations for global variables in position-independent executables with GCC

gcc

relocation

position-independent-code