原文地址：__attribute__之section详解

前言

第一次接触 “section” 是在公司的一个STM32的项目代码中，前工程师将所有的初始化函数都使用的“section”进行设定了属性。当时知道其目的，但是不知道原因。然后到后来在接触了Linux的驱动程序的时候，发现linux的驱动注册的宏定义层层解析以后，也是使用的“section”进行修饰，但是当时看教程以为必须限定到内存的特定位置中，以及经验不足，所以没有深究。然现在在写Linux应用程序的的时候，发现在SDK中也有使用“section”进行一类程序的修饰，然后我就专门花了几个小时时间去查阅各种论坛，进行了一次算还算比较深入的学习吧。

使用section可以使我们如在初始化函数时，不用在主函数中去添加一个新的初始化程序，只需要在自己的函数模块内注册就好了。或者在实现某些命令时，添加或删除该命令的支持，会方便很多。

使用方法

"section"关键字会将被修饰的变量或函数编译到特定的一块位置，不是物理存储器上的特定位置，而是在可执行文件的特定段内。在编译好的程序中我们可以使用命令：

seven@root:~/section/$ readelf -S a.out

There are 37 section headers, starting at offset 0x201c:

Section Headers:

  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al

  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0

  [ 1] .interp           PROGBITS        08048154 000154 000013 00   A  0   0  1

  [ 2] .note.ABI-tag     NOTE            08048168 000168 000020 00   A  0   0  4

  [ 3] .note.gnu.build-i NOTE            08048188 000188 000024 00   A  0   0  4

  [ 4] .gnu.hash         GNU_HASH        080481ac 0001ac 00002c 04   A  5   0  4

  [ 5] .dynsym           DYNSYM          080481d8 0001d8 000050 10   A  6   1  4

  [ 6] .dynstr           STRTAB          08048228 000228 00004c 00   A  0   0  1

  [ 7] .gnu.version      VERSYM          08048274 000274 00000a 02   A  5   0  2

  [ 8] .gnu.version_r    VERNEED         08048280 000280 000020 00   A  6   1  4

  [ 9] .rel.dyn          REL             080482a0 0002a0 000018 08   A  5   0  4

  [10] .init             PROGBITS        080482b8 0002b8 000023 00  AX  0   0  4

  [11] .plt              PROGBITS        080482e0 0002e0 000010 04  AX  0   0 16

  [12] .plt.got          PROGBITS        080482f0 0002f0 000018 00  AX  0   0  8

  [13] .text             PROGBITS        08048310 000310 000212 00  AX  0   0 16

  [14] .fini             PROGBITS        08048524 000524 000014 00  AX  0   0  4

  [15] .rodata           PROGBITS        08048538 000538 00007f 00   A  0   0  4

  [16] .eh_frame_hdr     PROGBITS        080485b8 0005b8 000044 00   A  0   0  4

  [17] .eh_frame         PROGBITS        080485fc 0005fc 00012c 00   A  0   0  4

  [18] .init_array       INIT_ARRAY      08049f08 000f08 000004 00  WA  0   0  4

  [19] .fini_array       FINI_ARRAY      08049f0c 000f0c 000004 00  WA  0   0  4

  [20] .jcr              PROGBITS        08049f10 000f10 000004 00  WA  0   0  4

  [21] .dynamic          DYNAMIC         08049f14 000f14 0000e0 08  WA  6   0  4

  [22] .got              PROGBITS        08049ff4 000ff4 00000c 04  WA  0   0  4

  [23] .got.plt          PROGBITS        0804a000 001000 00000c 04  WA  0   0  4

  [24] .data             PROGBITS        0804a00c 00100c 000008 00  WA  0   0  4

  [25] .application_init PROGBITS        0804a014 001014 00000c 00  WA  0   0  4

  [26] .bss              NOBITS          0804a020 001020 000004 00  WA  0   0  1

  [27] .comment          PROGBITS        00000000 001020 000035 01  MS  0   0  1

  [28] .debug_aranges    PROGBITS        00000000 001055 000020 00      0   0  1

  [29] .debug_info       PROGBITS        00000000 001075 000200 00      0   0  1

  [30] .debug_abbrev     PROGBITS        00000000 001275 0000e3 00      0   0  1

  [31] .debug_line       PROGBITS        00000000 001358 000079 00      0   0  1

  [32] .debug_str        PROGBITS        00000000 0013d1 0001c9 01  MS  0   0  1

  [33] .debug_loc        PROGBITS        00000000 00159a 0000f1 00      0   0  1

  [34] .shstrtab         STRTAB          00000000 001ebd 00015e 00      0   0  1

  [35] .symtab           SYMTAB          00000000 00168c 000560 10     36  59  4

  [36] .strtab           STRTAB          00000000 001bec 0002d1 00      0   0  1

Key to Flags:

  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)

  I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)

  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

如上，可以看到程序被分成了很多的段，其中“.application_init”为稍后步骤中自定义的一个段。

测试源代码如下：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

struct _s_application_init {

    int(*function)(void);

};

struct _s_application_init _init_start;//段".application_init"的起始地址，在*.lds文件中定义

struct _s_application_init _init_end;//段".application_init"的末尾地址，在*.lds文件中定义

#define __app_init_section __attribute__((section(".application_init")))

#define __application_init(function) \

    struct _s_application_init _s_a_init_##function  __app_init_section = {function}

static int application_init_a(void)

{

    printf("execute funtion : %s\n", __FUNCTION__);

    return 0;

}

__application_init(application_init_a);

static int application_init_b(void)

{

    printf("execute funtion : %s\n", __FUNCTION__);

    return 0;

}

__application_init(application_init_b);

static int application_init_c(void)

{

    printf("execute funtion : %s\n", __FUNCTION__);

    return 0;

}

__application_init(application_init_c);

int main(int argc, char **argv)

{

    /*

     * 从段的起始地址开始获取数据，直到末尾地址

     */

    struct _s_application_init *pf_init = &_init_start;

    do {

        printf("Load init function from address %p\n", pf_init);

        pf_init->function();

        ++pf_init;

    } while (pf_init < &_init_end);

    return 0;

}

然后我们还需要编写lds文件，首先使用命令生成默认的文件：

seven@root:~/section/$ ld --verbose > main.lds

seven@root:~/section/$ cat main.lds

/* Script for -z combreloc: combine and sort reloc sections */

/* Copyright (C) 2014-2015 Free Software Foundation, Inc.

   Copying and distribution of this script, with or without modification,

   are permitted in any medium without royalty provided the copyright

   notice and this notice are preserved.  */

OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386",

	      "elf32-i386")

OUTPUT_ARCH(i386)

ENTRY(_start)

SEARCH_DIR("=/usr/local/lib/i386-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/lib/i386-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/lib/i386-linux-gnu"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib32"); SEARCH_DIR("=/lib32"); SEARCH_DIR("=/usr/lib32"); SEARCH_DIR("=/usr/local/lib"); SEARCH_DIR("=/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/i686-linux-gnu/lib32"); SEARCH_DIR("=/usr/i686-linux-gnu/lib");

SECTIONS

{

  /* Read-only sections, merged into text segment: */

  PROVIDE (__executable_start = SEGMENT_START("text-segment", 0x08048000)); . = SEGMENT_START("text-segment", 0x08048000) + SIZEOF_HEADERS;

  .interp         : { *(.interp) }

  .note.gnu.build-id : { *(.note.gnu.build-id) }

  .hash           : { *(.hash) }

  .gnu.hash       : { *(.gnu.hash) }

  .dynsym         : { *(.dynsym) }

  .dynstr         : { *(.dynstr) }

  .gnu.version    : { *(.gnu.version) }

  .gnu.version_d  : { *(.gnu.version_d) }

  .gnu.version_r  : { *(.gnu.version_r) }

  .rel.dyn        :

    {

      *(.rel.init)

      *(.rel.text .rel.text.* .rel.gnu.linkonce.t.*)

      *(.rel.fini)

      *(.rel.rodata .rel.rodata.* .rel.gnu.linkonce.r.*)

      *(.rel.data.rel.ro .rel.data.rel.ro.* .rel.gnu.linkonce.d.rel.ro.*)

      *(.rel.data .rel.data.* .rel.gnu.linkonce.d.*)

      *(.rel.tdata .rel.tdata.* .rel.gnu.linkonce.td.*)

      *(.rel.tbss .rel.tbss.* .rel.gnu.linkonce.tb.*)

      *(.rel.ctors)

      *(.rel.dtors)

      *(.rel.got)

      *(.rel.bss .rel.bss.* .rel.gnu.linkonce.b.*)

      *(.rel.ifunc)

    }

  .rel.plt        :

    {

      *(.rel.plt)

      PROVIDE_HIDDEN (__rel_iplt_start = .);

      *(.rel.iplt)

      PROVIDE_HIDDEN (__rel_iplt_end = .);

    }

  .init           :

  {

    KEEP (*(SORT_NONE(.init)))

  }

  .plt            : { *(.plt) *(.iplt) }

.plt.got        : { *(.plt.got) }

  .text           :

  {

    *(.text.unlikely .text.*_unlikely .text.unlikely.*)

    *(.text.exit .text.exit.*)

    *(.text.startup .text.startup.*)

    *(.text.hot .text.hot.*)

    *(.text .stub .text.* .gnu.linkonce.t.*)

    /* .gnu.warning sections are handled specially by elf32.em.  */

    *(.gnu.warning)

  }

  .fini           :

  {

    KEEP (*(SORT_NONE(.fini)))

  }

  PROVIDE (__etext = .);

  PROVIDE (_etext = .);

  PROVIDE (etext = .);

  .rodata         : { *(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r.*) }

  .rodata1        : { *(.rodata1) }

  .eh_frame_hdr : { *(.eh_frame_hdr) *(.eh_frame_entry .eh_frame_entry.*) }

  .eh_frame       : ONLY_IF_RO { KEEP (*(.eh_frame)) *(.eh_frame.*) }

  .gcc_except_table   : ONLY_IF_RO { *(.gcc_except_table

  .gcc_except_table.*) }

  .gnu_extab   : ONLY_IF_RO { *(.gnu_extab*) }

  /* These sections are generated by the Sun/Oracle C++ compiler.  */

  .exception_ranges   : ONLY_IF_RO { *(.exception_ranges

  .exception_ranges*) }

  /* Adjust the address for the data segment.  We want to adjust up to

     the same address within the page on the next page up.  */

  . = DATA_SEGMENT_ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE), CONSTANT (COMMONPAGESIZE));

  /* Exception handling  */

  .eh_frame       : ONLY_IF_RW { KEEP (*(.eh_frame)) *(.eh_frame.*) }

  .gnu_extab      : ONLY_IF_RW { *(.gnu_extab) }

  .gcc_except_table   : ONLY_IF_RW { *(.gcc_except_table .gcc_except_table.*) }

  .exception_ranges   : ONLY_IF_RW { *(.exception_ranges .exception_ranges*) }

  /* Thread Local Storage sections  */

  .tdata	  : { *(.tdata .tdata.* .gnu.linkonce.td.*) }

  .tbss		  : { *(.tbss .tbss.* .gnu.linkonce.tb.*) *(.tcommon) }

  .preinit_array     :

  {

    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);

    KEEP (*(.preinit_array))

    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);

  }

  .init_array     :

  {

    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);

    KEEP (*(SORT_BY_INIT_PRIORITY(.init_array.*) SORT_BY_INIT_PRIORITY(.ctors.*)))

    KEEP (*(.init_array EXCLUDE_FILE (*crtbegin.o *crtbegin?.o *crtend.o *crtend?.o ) .ctors))

    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);

  }

  .fini_array     :

  {

    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);

    KEEP (*(SORT_BY_INIT_PRIORITY(.fini_array.*) SORT_BY_INIT_PRIORITY(.dtors.*)))

    KEEP (*(.fini_array EXCLUDE_FILE (*crtbegin.o *crtbegin?.o *crtend.o *crtend?.o ) .dtors))

    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);

  }

  .ctors          :

  {

    /* gcc uses crtbegin.o to find the start of

       the constructors, so we make sure it is

       first.  Because this is a wildcard, it

       doesn't matter if the user does not

       actually link against crtbegin.o; the

       linker won't look for a file to match a

       wildcard.  The wildcard also means that it

       doesn't matter which directory crtbegin.o

       is in.  */

    KEEP (*crtbegin.o(.ctors))

    KEEP (*crtbegin?.o(.ctors))

    /* We don't want to include the .ctor section from

       the crtend.o file until after the sorted ctors.

       The .ctor section from the crtend file contains the

       end of ctors marker and it must be last */

    KEEP (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *crtend?.o ) .ctors))

    KEEP (*(SORT(.ctors.*)))

    KEEP (*(.ctors))

  }

  .dtors          :

  {

    KEEP (*crtbegin.o(.dtors))

    KEEP (*crtbegin?.o(.dtors))

    KEEP (*(EXCLUDE_FILE (*crtend.o *crtend?.o ) .dtors))

    KEEP (*(SORT(.dtors.*)))

    KEEP (*(.dtors))

  }

  .jcr            : { KEEP (*(.jcr)) }

  .data.rel.ro : { *(.data.rel.ro.local* .gnu.linkonce.d.rel.ro.local.*) *(.data.rel.ro .data.rel.ro.* .gnu.linkonce.d.rel.ro.*) }

  .dynamic        : { *(.dynamic) }

  .got            : { *(.got) *(.igot) }

  . = DATA_SEGMENT_RELRO_END (SIZEOF (.got.plt) >= 12 ? 12 : 0, .);

  .got.plt        : { *(.got.plt)  *(.igot.plt) }

  .data           :

  {

    *(.data .data.* .gnu.linkonce.d.*)

    SORT(CONSTRUCTORS)

  }

  .data1          : { *(.data1) }

  _edata = .; PROVIDE (edata = .);

  . = .;

  __bss_start = .;

  .bss            :

  {

   *(.dynbss)

   *(.bss .bss.* .gnu.linkonce.b.*)

   *(COMMON)

   /* Align here to ensure that the .bss section occupies space up to

      _end.  Align after .bss to ensure correct alignment even if the

      .bss section disappears because there are no input sections.

      FIXME: Why do we need it? When there is no .bss section, we don't

      pad the .data section.  */

   . = ALIGN(. != 0 ? 32 / 8 : 1);

  }

  . = ALIGN(32 / 8);

  . = SEGMENT_START("ldata-segment", .);

  . = ALIGN(32 / 8);

  _end = .; PROVIDE (end = .);

  . = DATA_SEGMENT_END (.);

  /* Stabs debugging sections.  */

  .stab          0 : { *(.stab) }

  .stabstr       0 : { *(.stabstr) }

  .stab.excl     0 : { *(.stab.excl) }

  .stab.exclstr  0 : { *(.stab.exclstr) }

  .stab.index    0 : { *(.stab.index) }

  .stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr) }

  .comment       0 : { *(.comment) }

  /* DWARF debug sections.

     Symbols in the DWARF debugging sections are relative to the beginning

     of the section so we begin them at 0.  */

  /* DWARF 1 */

  .debug          0 : { *(.debug) }

  .line           0 : { *(.line) }

  /* GNU DWARF 1 extensions */

  .debug_srcinfo  0 : { *(.debug_srcinfo) }

  .debug_sfnames  0 : { *(.debug_sfnames) }

  /* DWARF 1.1 and DWARF 2 */

  .debug_aranges  0 : { *(.debug_aranges) }

  .debug_pubnames 0 : { *(.debug_pubnames) }

  /* DWARF 2 */

  .debug_info     0 : { *(.debug_info .gnu.linkonce.wi.*) }

  .debug_abbrev   0 : { *(.debug_abbrev) }

  .debug_line     0 : { *(.debug_line .debug_line.* .debug_line_end ) }

  .debug_frame    0 : { *(.debug_frame) }

  .debug_str      0 : { *(.debug_str) }

  .debug_loc      0 : { *(.debug_loc) }

  .debug_macinfo  0 : { *(.debug_macinfo) }

  /* SGI/MIPS DWARF 2 extensions */

  .debug_weaknames 0 : { *(.debug_weaknames) }

  .debug_funcnames 0 : { *(.debug_funcnames) }

  .debug_typenames 0 : { *(.debug_typenames) }

  .debug_varnames  0 : { *(.debug_varnames) }

  /* DWARF 3 */

  .debug_pubtypes 0 : { *(.debug_pubtypes) }

  .debug_ranges   0 : { *(.debug_ranges) }

  /* DWARF Extension.  */

  .debug_macro    0 : { *(.debug_macro) }

  .gnu.attributes 0 : { KEEP (*(.gnu.attributes)) }

  /DISCARD/ : { *(.note.GNU-stack) *(.gnu_debuglink) *(.gnu.lto_*) }

}

然后我们修改这个文件：

首先我们需要将默认文件的首尾“==================================================”包含这一行要删除，不然会报格式错误

/usr/bin/ld:test.lds:1: syntax error

collect2: error: ld returned 1 exit status

然后选择在“__bss_start”前添加我们自己的段

  ...

  . = .;

  _init_start = .;/* 获取当前的地址赋值给__init_start,在源码中有使用到，指向“.application_init”段的起始地址 */

  .application_init  : { *(.application_init) }/* 将“.application_init”的所有内容放在这一段 */

  _init_end = .;/* 获取当前的地址赋值给__init_end,表示“.application_init”段的结束地址 */

  __bss_start = .;

  ...

然后我们在链接的时候使用一下命令：

seven@root:~/section/$ gcc main.c -Tmain.lds

如无意外的情况下，即可编译出最原始的“a.out”，如果出现错误，请烧香拜佛。

seven@root:~/section$ ./a.out

Load init function from address 0x804a014

execute funtion : application_init_a

Load init function from address 0x804a018

execute funtion : application_init_b

Load init function from address 0x804a01c

execute funtion : application_init_c

可以看到依次的执行了三个初始化函数。

注：

  1. 初始化的宏放置的位置，直接影响初始化函数执行的顺序，同一文件中行号越小越优先。（是注册的顺序，不是函数的位置）
  2. 多文件中的注册，应该也会存在一定规律，如果初始化顺序有特定的先后顺序的，如需要先初始化GPIO，再初始化LED灯等，则可以采用其他方法进行顺序限定（如优先级值和链表）。
  3. 在参考的文档中，段的地址貌似可以指定，但是我没有尝试。

参考链接

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