在 gcc 32 位代码中未定义对“_GLOBAL_OFFSET_TABLE_”的引用，用于简单的功能，独立的操作系统

Question

我有一个小的 C 代码文件（function.c）：

int function()
{
    return 0x1234abce;
}

我正在使用 64 位机器。 但是，我想编写一个小型 32 位操作系统。 我想将代码编译成“纯”程序集/二进制文件。

我编译我的代码：

gcc function.c -c -m32 -o file.o -ffreestanding # This gives you the object file

我将它链接到：

ld -o function.bin -m elf_i386 -Ttext 0x0 --oformat binary function.o

我收到以下错误：

function.o: In function `function':
function.c:(.text+0x9): undefined reference to `_GLOBAL_OFFSET_TABLE_'

Answer 1

你需要-fno-pie ； 默认值（在大多数现代发行版中）是-fpie ：为与位置无关的可执行文件生成代码。 这是一个代码生成选项，与-pie链接器选项（gcc 默认情况下也通过）分开，并且独立于-ffreestanding 。 -fpie -ffreestanding意味着你想要一个使用 GOT 的独立 PIE，这就是 GCC 的目标。

-fpie在 64 位代码（可以使用 RIP 相对寻址）中只需要一点速度，但对于 32 位代码来说非常糟糕； 编译器在其中一个整数寄存器中获取指向 GOT 的指针（绑定 8 个寄存器中的另一个），并使用[reg + disp32]寻址模式（如[eax + foo@GOTOFF] ）访问相对于该地址的静态数据

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禁用优化后， gcc -fpie -m32会在寄存器中生成 GOT 的地址，即使该函数不访问任何静态数据也是如此。 如果您查看编译器输出（在您正在编译的机器上使用gcc -S而不是-c ），您就会看到这一点。

在 Godbolt 上，我们可以使用-m32 -fpie来提供与配置了--enable-default-pie的 GCC 相同的效果：

# gcc9.2 -O0 -m32 -fpie
function():
        push    ebp
        mov     ebp, esp                        # frame pointer
        call    __x86.get_pc_thunk.ax
        add     eax, OFFSET FLAT:_GLOBAL_OFFSET_TABLE_  # EAX points to the GOT
        mov     eax, 305441742                  # overwrite with the return value
        pop     ebp
        ret

__x86.get_pc_thunk.ax:          # this is the helper function gcc calls
        mov     eax, DWORD PTR [esp]
        ret

“thunk”返回它的返回地址。 即call后指令的地址。 .ax名称表示在 EAX 中返回。 现代 GCC 可以选择任何寄存器； 传统上，32 位 PIC 基址寄存器始终是 EBX，但现代 GCC 在避免额外保存/恢复 EBX 时选择调用破坏寄存器。

有趣的事实： call +0; pop eax call +0; pop eax会更有效率，并且在每个调用点只多 1 个字节。 您可能认为这会使返回地址预测器堆栈失衡，但实际上call +0在大多数 CPU 上都是特殊情况，不会这样做。 http://blog.stuffedcow.net/2018/04/ras-microbenchmarks/#call0 。 （ call +0意味着 rel32 = 0，所以它调用下一条指令。但这不是 NASM 解释该语法的方式。）

clang 不会生成 GOT 指针，除非它需要一个指针，即使在-O0处也是如此。 但它是通过call +0这样做的； pop %eax : https://godbolt.org/z/GFY9Ht

Answer 2

默认情况下，您的编译器会创建一个与位置无关的可执行文件。

您可以通过传递选项-fno-pie强制您的编译器构建非 pie 可执行文件。