GCC -fPIC 选项

Question

我读过GCC 的代码生成约定选项< /a>，但无法理解“生成位置无关代码（PIC）”的作用。请举个例子来解释一下这是什么意思。

Answer 1

位置无关代码意味着生成的机器代码不依赖于位于特定地址才能工作。

例如，跳跃将生成为相对的而不是绝对的。

伪汇编：

PIC：无论代码位于地址 100 还是 1000，这都有效。

100: COMPARE REG1, REG2
101: JUMP_IF_EQUAL CURRENT+10
...
111: NOP

非 PIC：仅当代码位于地址 100 时才有效

100: COMPARE REG1, REG2
101: JUMP_IF_EQUAL 111
...
111: NOP

编辑：响应评论。

如果您的代码是使用 -fPIC 编译的，则它适合包含在库中 - 该库必须能够从内存中的首选位置重定位到另一个地址，在您的库首选的地址可能有另一个已加载的库。

Answer 2

我将尝试以更简单的方式解释已经说过的内容。

每当加载共享库时，加载器（操作系统上加载您运行的任何程序的代码）都会根据对象加载到的位置更改代码中的一些地址。

在上面的例子中，非PIC代码中的“111”是加载程序第一次加载时写入的。

对于非共享对象，您可能希望它是这样的，因为编译器可以对该代码进行一些优化。

对于共享对象，如果另一个进程想要“链接”到该代码，它必须将其读取到相同的虚拟地址，否则“111”将毫无意义。但该虚拟空间可能已在第二个进程中使用。

Answer 3

内置于共享库中的代码通常应该是与位置无关的代码，以便可以轻松地将共享库加载到（或多或少）内存中的任何地址。 -fPIC 选项确保 GCC 生成这样的代码。

Answer 4

进一步添加...

每个进程都有相同的虚拟地址空间（如果通过在 Linux 操作系统中使用标志来停止虚拟地址的随机化）
（有关更多详细信息禁用并重新启用地址空间布局随机化仅适用于我自己）

因此，如果它是一个没有共享链接的exe（假设场景），那么我们总是可以为相同的asm指令提供相同的虚拟地址，而不会造成任何损害。

但是，当我们想要将共享对象链接到 exe 时，我们不确定分配给共享对象的起始地址，因为它将取决于共享对象链接的顺序。也就是说，.so 中的 asm 指令将始终具有不同的虚拟地址取决于其链接到的进程。

因此，一个进程可以在自己的虚拟空间中为 .so 提供起始地址，如 0x45678910，而其他进程同时可以为 .so 提供起始地址 0x12131415，如果它们不使用相对寻址，则 .so 将根本不起作用。

因此他们总是必须使用相对寻址模式以及 fpic 选项。

Answer 5

对已经发布的答案的一个小补充：未编译为位置独立的目标文件是可重定位的；它们包含重定位表条目。

这些条目允许加载程序（将程序加载到内存中的那段代码）重写绝对地址以调整虚拟地址空间中的实际加载地址。

操作系统将尝试与链接到同一共享对象库的所有程序共享加载到内存中的“共享对象库”的单个副本。

由于代码地址空间（与数据空间的各个部分不同）不需要是连续的，并且由于链接到特定库的大多数程序都具有相当固定的库依赖关系树，因此大多数情况下都会成功。在极少数存在差异的情况下，是的，内存中可能需要有两个或更多共享对象库的副本。

显然，任何在程序和/或程序实例之间随机化库的加载地址的尝试（以减少创建可利用模式的可能性）都会使这种情况变得常见，而不是罕见，因此如果系统启用了此功能，人们应该尽一切努力将所有共享对象库编译为位置无关的。

由于从主程序主体对这些库的调用也将变得可重定位，这使得必须复制共享库的可能性大大降低。