Opsi GCC -fPIC

Saya telah membaca tentang Opsi GCC untuk Konvensi Pembuatan Kode , tetapi tidak dapat memahami apa yang "Buat kode posisi-independen (PIC)". Tolong beri contoh untuk menjelaskan kepada saya apa artinya.

Kode Independen Posisi berarti bahwa kode mesin yang dihasilkan tidak tergantung pada lokasinya di alamat tertentu untuk dapat bekerja.

Misalnya lompatan akan dihasilkan sebagai relatif daripada absolut.

Pseudo-assembly:

PIC: Ini akan berfungsi apakah kode berada di alamat 100 atau 1000

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

Non-PIC: Ini hanya akan berfungsi jika kode berada di alamat 100

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

EDIT: Menanggapi komentar.

Jika kode Anda dikompilasi dengan -fPIC, kode ini cocok untuk dimasukkan ke dalam pustaka - pustaka harus dapat dipindahkan dari lokasi yang diinginkan dalam memori ke alamat lain, mungkin ada pustaka yang sudah dimuat di alamat pustaka yang Anda inginkan.

Saya akan mencoba menjelaskan apa yang sudah dikatakan dengan cara yang lebih sederhana.

Setiap kali lib bersama dimuat, loader (kode pada OS yang memuat program apa pun yang Anda jalankan) mengubah beberapa alamat dalam kode tergantung pada tempat objek itu dimuat.

Dalam contoh di atas, "111" dalam kode non-PIC ditulis oleh loader saat pertama kali dimuat.

Untuk objek yang tidak dibagikan, Anda mungkin menginginkannya seperti itu karena kompiler dapat membuat beberapa optimasi pada kode itu.

Untuk objek yang dibagikan, jika proses lain ingin "menautkan" ke kode itu, ia harus membacanya ke alamat virtual yang sama atau "111" tidak masuk akal. tetapi ruang virtual itu mungkin sudah digunakan dalam proses kedua.

Kode yang dibangun ke dalam pustaka bersama biasanya adalah kode bebas posisi, sehingga pustaka bersama dapat dengan mudah dimuat di (kurang lebih) alamat apa pun di memori. The -fPICpilihan memastikan bahwa GCC menghasilkan kode tersebut.

Menambah lebih lanjut ...

Setiap proses memiliki ruang alamat virtual yang sama (Jika pengacakan alamat virtual dihentikan dengan menggunakan flag di OS linux) (Untuk lebih jelasnya Nonaktifkan dan aktifkan kembali tata letak ruang alamat hanya untuk saya sendiri )

Jadi jika salah satu exe tanpa tautan bersama (skenario Hipotetis), maka kita selalu dapat memberikan alamat virtual yang sama untuk instruksi as sama tanpa ada salahnya.

Tetapi ketika kita ingin menautkan objek bersama ke exe, maka kita tidak yakin alamat awal yang ditetapkan untuk objek bersama karena akan tergantung pada urutan objek yang dibagikan itu terhubung. Itulah yang dikatakan, asm instruksi di dalam. alamat virtual berbeda tergantung pada proses penautannya.

Jadi satu proses dapat memberikan alamat mulai ke. Jadi 0x45678910 di ruang virtualnya sendiri dan proses lainnya pada saat yang sama dapat memberikan alamat mulai dari 0x12131415 dan jika mereka tidak menggunakan pengalamatan relatif,. Jadi tidak akan bekerja sama sekali.

Jadi mereka selalu harus menggunakan mode pengalamatan relatif dan karenanya opsi fpic.

Tautan ke fungsi di pustaka dinamis diselesaikan ketika pustaka dimuat atau saat dijalankan. Oleh karena itu, file yang dapat dieksekusi dan perpustakaan dinamis dimuat ke dalam memori ketika program dijalankan. Alamat memori tempat perpustakaan dinamis dimuat tidak dapat ditentukan sebelumnya, karena alamat tetap mungkin berbenturan dengan perpustakaan dinamis lain yang membutuhkan alamat yang sama.

Ada dua metode yang umum digunakan untuk menangani masalah ini:

1.Relokasi. Semua petunjuk dan alamat dalam kode dimodifikasi, jika perlu, agar sesuai dengan alamat pemuatan yang sebenarnya. Relokasi dilakukan oleh linker dan loader.

2.Kode bebas posisi. Semua alamat dalam kode relatif terhadap posisi saat ini. Objek yang dibagikan dalam sistem mirip Unix menggunakan kode independen posisi secara default. Ini kurang efisien daripada relokasi jika program berjalan untuk waktu yang lama, terutama dalam mode 32-bit.

Nama " kode posisi-independen " sebenarnya mengandung arti sebagai berikut:

• Bagian kode tidak berisi alamat absolut yang membutuhkan relokasi, tetapi hanya alamat relatif sendiri. Oleh karena itu, bagian kode dapat dimuat di alamat memori arbitrer dan dibagi antara beberapa proses.

• Bagian data tidak dibagi antara beberapa proses karena sering berisi data yang dapat ditulisi. Oleh karena itu, bagian data dapat berisi petunjuk atau alamat yang perlu dipindahkan.

• Semua fungsi publik dan data publik dapat ditimpa di Linux. Jika suatu fungsi di executable utama memiliki nama yang sama dengan fungsi di objek bersama, maka versi di main akan diutamakan, tidak hanya ketika dipanggil dari utama, tetapi juga ketika dipanggil dari objek bersama. Demikian juga, ketika variabel global dalam main memiliki nama yang sama dengan variabel global dalam objek bersama, maka instance dalam utama akan digunakan, bahkan ketika diakses dari objek bersama.

Interposisi simbol yang disebut ini dimaksudkan untuk meniru perilaku perpustakaan statis.

Objek yang dibagikan memiliki tabel pointer ke fungsinya, yang disebut tabel prosedur linkage (PLT) dan tabel pointer ke variabelnya yang disebut global offset table (GOT) untuk mengimplementasikan fitur "override" ini. Semua akses ke fungsi dan variabel publik melewati tabel ini.

ps Apabila penghubungan dinamis tidak dapat dihindari, ada berbagai cara untuk menghindari fitur yang memakan waktu dari kode posisi-independen.

Anda dapat membaca lebih lanjut dari artikel ini: http://www.agner.org/optimize/optimizing_cpp.pdf

Tambahan kecil untuk jawaban yang sudah diposting: file objek yang tidak dikompilasi menjadi posisi independen dapat dipindahkan; mereka berisi entri tabel relokasi.

Entri ini memungkinkan pemuat (sedikit kode yang memuat program ke dalam memori) untuk menulis ulang alamat absolut untuk menyesuaikan dengan alamat pemuatan aktual dalam ruang alamat virtual.

Sistem operasi akan mencoba untuk membagikan satu salinan dari "shared object library" yang dimuat ke dalam memori dengan semua program yang ditautkan ke perpustakaan objek bersama yang sama.

Karena ruang alamat kode (tidak seperti bagian dari ruang data) tidak perlu bersebelahan, dan karena sebagian besar program yang menautkan ke perpustakaan tertentu memiliki pohon ketergantungan perpustakaan yang cukup tetap, ini berhasil sebagian besar waktu. Dalam kasus yang jarang terjadi di mana ada perbedaan, ya, mungkin perlu memiliki dua atau lebih salinan dari pustaka objek bersama dalam memori.

Jelas, setiap upaya untuk mengacak alamat beban pustaka antara program dan / atau contoh program (sehingga untuk mengurangi kemungkinan membuat pola yang dapat dieksploitasi) akan membuat kasus seperti itu umum, tidak jarang, sehingga ketika sistem telah mengaktifkan kemampuan ini, kita harus melakukan segala upaya untuk mengkompilasi semua pustaka objek bersama untuk posisi independen.

Karena panggilan ke pustaka-pustaka ini dari badan program utama juga akan dibuat dapat dipindahkan, ini membuat jauh lebih kecil kemungkinan bahwa pustaka bersama harus disalin.