リンカーとライブラリ

プログラムヘッダー

実行可能オブジェクトファイルまたは共有オブジェクトファイルのプログラムヘッダーテーブルは、構造体の配列です。各構造体は、実行されるプログラムを準備するためにシステムが必要とするセグメントなどの情報を記述します。各オブジェクトファイルセグメントには、「セグメントの内容」で説明しているように、1 つ以上のセクションが存在します。

プログラムヘッダーは、実行可能オブジェクトファイルと共有オブジェクトファイルに対してのみ意味があります。プログラムヘッダーサイズは、ELF ヘッダーの e_phentsize メンバーと e_phnum メンバーで指定されます。

プログラムヘッダーの構造体は、次のとおりです。sys/elf.h を参照してください。

typedef struct {
        Elf32_Word      p_type;
        Elf32_Off       p_offset;
        Elf32_Addr      p_vaddr;
        Elf32_Addr      p_paddr;
        Elf32_Word      p_filesz;
        Elf32_Word      p_memsz;
        Elf32_Word      p_flags;
        Elf32_Word      p_align;
} Elf32_Phdr;

typedef struct {
        Elf64_Word      p_type;
        Elf64_Word      p_flags;
        Elf64_Off       p_offset;
        Elf64_Addr      p_vaddr;
        Elf64_Addr      p_paddr;
        Elf64_Xword     p_filesz;
        Elf64_Xword     p_memsz;
        Elf64_Xword     p_align;
} Elf64_Phdr;

p_type: この配列要素が記述するセグメント型、または配列要素情報の解釈方法。型の値とその意味は、表 7–25 を参照してください。
p_offset: ファイルの先頭から、セグメントの先頭バイトが存在する位置までのオフセット。
p_vaddr: セグメントの先頭バイトが存在するメモリー内の仮想アドレス。
p_paddr: セグメントの物理アドレス (物理アドレス指定が適切なシステムの場合)。本システムはアプリケーションプログラムに対して物理アドレス指定を無視するので、このメンバーには実行可能ファイルと共有オブジェクトに対する指定されていない内容が存在します。
p_filesz: セグメントのファイルイメージのバイト数 (0 の場合もある)。
p_memsz: セグメントのメモリーイメージのバイト数 (0 の場合もある)。
p_flags: セグメントに関係するフラグ。型の値とその意味は、表 7–26 を参照してください。
p_align: 読み込み可能なプロセスセグメントは、ページサイズを基にして、p_vaddr と p_offset に対して同じ値を保持する必要があります。このメンバーは、セグメントがメモリーとファイルにおいて整列される値を与えます。値 0 と 1 は、整列が必要ないことを意味します。その他の値の場合、p_align は 2 の正整数累乗でなければならず、また p_vaddr は p_align を法として p_offset に等しくなければなりません。「プログラムの読み込み (プロセッサ固有)」を参照してください。

エントリの中には、プロセスセグメントを記述するものもあります。それ以外のエントリは補足情報を与え、プロセスイメージには関与しません。セグメントエントリが現れる順序は、明示されている場合を除き任意です。定義されている型の値を、次の表に示します。

表 7–25 ELF セグメント型


名前	値
`PT_NULL`	`0`
`PT_LOAD`	`1`
`PT_DYNAMIC`	`2`
`PT_INTERP`	`3`
`PT_NOTE`	`4`
`PT_SHLIB`	`5`
`PT_PHDR`	`6`
`PT_TLS`	`7`
`PT_LOOS`	`0x60000000`
`PT_SUNW_UNWIND`	`0x6464e550`
`PT_LOSUNW`	`0x6ffffffa`
`PT_SUNWBSS`	`0x6ffffffa`
`PT_SUNWSTACK`	`0x6ffffffb`
`PT_SUNWDTRACE`	`0x6ffffffc`
`PT_SUNWCAP`	`0x6ffffffd`
`PT_HISUNW`	`0x6fffffff`
`PT_HIOS`	`0x6fffffff`
`PT_LOPROC`	`0x70000000`
`PT_HIPROC`	`0x7fffffff`

PT_NULL: 未使用メンバーの値は不定です。この型を使用すると、プログラムヘッダーテーブルに、無視されるエントリを入れることができます。
PT_LOAD: p_filesz と p_memsz により記述される読み込み可能セグメントを指定します。ファイルのバイト列は、メモリーセグメントの先頭に対応付けられます。セグメントのメモリーサイズ (p_memsz) がファイルサイズ (p_filesz) より大きい場合、不足するバイトは、値 0 を保持するように定義されます。これらのバイトはセグメントの初期化領域に続きます。ファイルサイズがメモリーサイズより大きくなることは許可されません。プログラムヘッダーテーブルの読み込み可能セグメントエントリは昇順に現れ、p_vaddr メンバーでソートされます。
PT_DYNAMIC: 動的リンクに関する情報を指定します。「動的セクション」を参照してください。
PT_INTERP: インタプリタとして呼び出される、ヌル文字で終了しているパス名の位置とサイズを指定します。動的実行可能ファイルの場合、この型は必須です。共有オブジェクトの場合は、この型を指定することができます。この型は、ファイル内で複数指定することはできません。この型が存在する場合、この型はすべての読み込み可能セグメントエントリの前に存在しなければなりません。詳細は、「プログラムインタプリタ」を参照してください。
PT_NOTE: 補助情報の位置とサイズを指定します。詳細は、「注釈セクション」を参照してください。
PT_SHLIB: このセグメント型は、予約済みですが、セマンティクスは定義されていません。
PT_PHDR: プログラムヘッダーテーブルの、ファイル、およびプログラムのメモリーイメージにおける位置とサイズを指定します。このセグメント型を、ファイル内に複数指定することはできません。また、このセグメント型は、プログラムヘッダーテーブルがプログラムのメモリーイメージの一部になる場合にかぎり指定できます。この型が存在する場合、この型はすべての読み込み可能セグメントエントリの前に存在しなければなりません。詳細は、「プログラムインタプリタ」を参照してください。
PT_TLS: スレッド固有領域のテンプレートを指定します。詳細は、「スレッド固有領域 (TLS) セクション」を参照してください。
PT_LOOS - PT_HIOS: この範囲の値 (両端の値を含む) は、OS 固有のセマンティクスのために予約されています。
PT_SUNW_UNWIND: このセグメントは、スタック巻き戻し (unwind) テーブルを含んでいます。
PT_LOSUNW - PT_HISUNW: この範囲の値 (両端の値を含む) は、Sun 固有のセマンティクスのために予約されています。
PT_SUNWBSS: PT_LOAD 要素と同じ属性で、.SUNW_bss セクションの記述に使用します。
PT_SUNWSTACK: プロセススタックを記述します。PT_SUNWSTACK 要素は 1 つのみ存在できます。p_flags フィールドで定義されたアクセス権のみが意味を持ちます。
PT_SUNWDTRACE: dtrace(1M) の内部使用のため予約されています。
PT_SUNWCAP: ハードウェア機能要件を指定します。詳細は、「ハードウェアおよびソフトウェア機能に関するセクション」を参照してください。
PT_LOPROC - PT_HIPROC: この範囲の値 (両端の値を含む) は、プロセッサ固有のセマンティクスのために予約されています。

注 –

ほかの箇所で特に要求されないかぎり、すべてのプログラムヘッダーセグメントタイプはそれぞれ存在することもありますし、存在しないこともあります。ファイルのプログラムヘッダーテーブルには、このプログラムの内容に関係する要素のみが存在できます。

ベースアドレス

実行可能オブジェクトファイルと共有オブジェクトファイルには、ベースアドレス (プログラムのオブジェクトファイルのメモリーイメージに関連付けられている最下位仮想アドレス) が存在します。ベースアドレスは、たとえば動的リンク時にプログラムのメモリーイメージを再配置するために使用されます。

実行可能オブジェクトファイルと共有オブジェクトファイルのベースアドレスは、実行時に 3 つの値 (プログラムの読み込み可能セグメントのメモリー読み込みアドレス、最大ページサイズ、最下位仮想アドレス) から計算されます。プログラムヘッダーの仮想アドレスは、プログラムのメモリーイメージの実際の仮想アドレスを表さないことがあります。「プログラムの読み込み (プロセッサ固有)」を参照してください。

ベースアドレスを計算するには、PT_LOAD セグメントの最下位 p_vaddr 値に関連付けられているメモリーアドレスを判定します。次に、メモリーアドレスを最大ページサイズの最近倍数に切り捨てることで、ベースアドレスが求められます。メモリーに読み込まれるファイルの型によって、メモリーアドレスは p_vaddr 値に一致しない場合もあります。

セグメントへのアクセス権

システムで読み込まれるプログラムには、少なくとも 1 つの読み込み可能セグメントが存在しなければなりません (ただし、この制限はファイル形式による要件ではありません)。システムは、読み込み可能セグメントのメモリーイメージを作成するとき、p_flags メンバーで指定されるアクセス権を与えます。PF_MASKPROC マスクのすべてのビットは、プロセッサ固有のセマンティクスのために予約されます。

表 7–26 ELF セグメントフラグ


名前	値	意味
`PF_X`	`0x1`	実行
`PF_W`	`0x2`	書き込み
`PF_R`	`0x4`	読み取り
`PF_MASKPROC`	`0xf0000000`	指定なし

アクセス権ビットが 0 の場合、そのビットのアクセスは拒否されます。実際のメモリーアクセス権は、メモリー管理ユニット (システムによって異なることがある) に依存します。すべてのフラグ組み合わせが有効ですが、システムは要求以上のアクセスを与えることがあります。ただしどんな場合も、特に断りが明示的に記述されていないかぎり、セグメントは書き込み権を持ちません。次の表に、正確なフラグ解釈と許容されるフラグ解釈を示します。

表 7–27 ELF セグメントへのアクセス権


フラグ	値	正確なフラグ解釈	許容されるフラグ解釈
None	`0`	すべてのアクセスが拒否される	すべてのアクセスが拒否される
`PF_X`	`1`	実行のみ	読み取り、実行
`PF_W`	`2`	書き込みのみ	読み取り、書き込み、実行
`PF_W+PF_X`	`3`	書き込み、実行	読み取り、書き込み、実行
`PF_R`	`4`	読み取りのみ	読み取り、実行
`PF_R + PF_X`	`5`	読み取り、実行	読み取り、実行
`PF_R+PF_W`	`6`	読み取り、書き込み	読み取り、書き込み、実行
`PF_R + PF_W + PF_X`	`7`	読み取り、書き込み、実行	読み取り、書き込み、実行

たとえば、標準的なテキストセグメントは読み取り権と実行権を持っていますが、書き込み権は持っていません。データセグメントは通常、読み取り権、書き込み権、および実行権を持っています。

セグメントの内容

オブジェクトファイルセグメントは、1 つまたは複数のセクションで構成されます。ただし、プログラムヘッダーはこの事実には関与しません。ファイルセグメントに 1 つのセクションが存在するか複数のセクションが存在するかもまた、プログラム読み込み時に重要ではありません。しかし、さまざまなデータが、プログラム実行時や動的リンク時などには存在しなければなりません。次に、セグメントの内容を一般的な言葉で説明します。セグメント内のセクションの順序と帰属関係は、異なることがあります。

テキストセグメントには、読み取り専用の命令/データが存在します。データセグメントには、書き込み可能のデータ/命令が存在します。すべての特殊セクションの一覧については、表 7–10 を参照してください。

PT_DYNAMIC プログラムヘッダー要素は、.dynamic セクションを指し示します。さらに、.got セクションと .plt セクションには、位置独立のコードと動的リンクに関係する情報が存在します。

.plt は、テキストセグメントまたはデータセグメントに存在できます (どちらのセグメントに存在するかはプロセッサに依存します)。詳細は、「大域オフセットテーブル (プロセッサ固有)」と「プロシージャーのリンクテーブル (プロセッサ固有)」を参照してください。

タイプ SHT_NOBITS のセクションは、ファイル内の領域を占有しませんが、セグメントのメモリーイメージには反映されます。通常、これらの初期化されていないデータはセグメントの終わりに存在し、その結果、関連付けられているプログラムヘッダー要素において p_memsz が p_filesz より大きくなります。