1712db95ea4646c4f0fdb754c65b8a9f6fbda220
[platform/upstream/binutils.git] / gold / layout.h
1 // layout.h -- lay out output file sections for gold  -*- C++ -*-
2
3 // Copyright 2006, 2007, 2008 Free Software Foundation, Inc.
4 // Written by Ian Lance Taylor <iant@google.com>.
5
6 // This file is part of gold.
7
8 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
10 // the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
11 // (at your option) any later version.
12
13 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16 // GNU General Public License for more details.
17
18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
19 // along with this program; if not, write to the Free Software
20 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street - Fifth Floor, Boston,
21 // MA 02110-1301, USA.
22
23 #ifndef GOLD_LAYOUT_H
24 #define GOLD_LAYOUT_H
25
26 #include <list>
27 #include <string>
28 #include <utility>
29 #include <vector>
30
31 #include "script.h"
32 #include "workqueue.h"
33 #include "object.h"
34 #include "dynobj.h"
35 #include "stringpool.h"
36
37 namespace gold
38 {
39
40 class General_options;
41 class Input_objects;
42 class Symbol_table;
43 class Output_section_data;
44 class Output_section;
45 class Output_section_headers;
46 class Output_segment;
47 class Output_data;
48 class Output_data_dynamic;
49 class Eh_frame;
50 class Target;
51
52 // This task function handles mapping the input sections to output
53 // sections and laying them out in memory.
54
55 class Layout_task_runner : public Task_function_runner
56 {
57  public:
58   // OPTIONS is the command line options, INPUT_OBJECTS is the list of
59   // input objects, SYMTAB is the symbol table, LAYOUT is the layout
60   // object.
61   Layout_task_runner(const General_options& options,
62                      const Input_objects* input_objects,
63                      Symbol_table* symtab,
64                      Target* target,
65                      Layout* layout)
66     : options_(options), input_objects_(input_objects), symtab_(symtab),
67       target_(target), layout_(layout)
68   { }
69
70   // Run the operation.
71   void
72   run(Workqueue*, const Task*);
73
74  private:
75   Layout_task_runner(const Layout_task_runner&);
76   Layout_task_runner& operator=(const Layout_task_runner&);
77
78   const General_options& options_;
79   const Input_objects* input_objects_;
80   Symbol_table* symtab_;
81   Target* target_;
82   Layout* layout_;
83 };
84
85 // This class handles the details of laying out input sections.
86
87 class Layout
88 {
89  public:
90   Layout(const General_options& options, Script_options*);
91
92   // Given an input section SHNDX, named NAME, with data in SHDR, from
93   // the object file OBJECT, return the output section where this
94   // input section should go.  RELOC_SHNDX is the index of a
95   // relocation section which applies to this section, or 0 if none,
96   // or -1U if more than one.  RELOC_TYPE is the type of the
97   // relocation section if there is one.  Set *OFFSET to the offset
98   // within the output section.
99   template<int size, bool big_endian>
100   Output_section*
101   layout(Sized_relobj<size, big_endian> *object, unsigned int shndx,
102          const char* name, const elfcpp::Shdr<size, big_endian>& shdr,
103          unsigned int reloc_shndx, unsigned int reloc_type, off_t* offset);
104
105   // Layout an input reloc section when doing a relocatable link.  The
106   // section is RELOC_SHNDX in OBJECT, with data in SHDR.
107   // DATA_SECTION is the reloc section to which it refers.  RR is the
108   // relocatable information.
109   template<int size, bool big_endian>
110   Output_section*
111   layout_reloc(Sized_relobj<size, big_endian>* object,
112                unsigned int reloc_shndx,
113                const elfcpp::Shdr<size, big_endian>& shdr,
114                Output_section* data_section,
115                Relocatable_relocs* rr);
116
117   // Layout a group section when doing a relocatable link.
118   template<int size, bool big_endian>
119   void
120   layout_group(Symbol_table* symtab,
121                Sized_relobj<size, big_endian>* object,
122                unsigned int group_shndx,
123                const char* group_section_name,
124                const char* signature,
125                const elfcpp::Shdr<size, big_endian>& shdr,
126                const elfcpp::Elf_Word* contents);
127
128   // Like layout, only for exception frame sections.  OBJECT is an
129   // object file.  SYMBOLS is the contents of the symbol table
130   // section, with size SYMBOLS_SIZE.  SYMBOL_NAMES is the contents of
131   // the symbol name section, with size SYMBOL_NAMES_SIZE.  SHNDX is a
132   // .eh_frame section in OBJECT.  SHDR is the section header.
133   // RELOC_SHNDX is the index of a relocation section which applies to
134   // this section, or 0 if none, or -1U if more than one.  RELOC_TYPE
135   // is the type of the relocation section if there is one.  This
136   // returns the output section, and sets *OFFSET to the offset.
137   template<int size, bool big_endian>
138   Output_section*
139   layout_eh_frame(Sized_relobj<size, big_endian>* object,
140                   const unsigned char* symbols,
141                   off_t symbols_size,
142                   const unsigned char* symbol_names,
143                   off_t symbol_names_size,
144                   unsigned int shndx,
145                   const elfcpp::Shdr<size, big_endian>& shdr,
146                   unsigned int reloc_shndx, unsigned int reloc_type,
147                   off_t* offset);
148
149   // Handle a GNU stack note.  This is called once per input object
150   // file.  SEEN_GNU_STACK is true if the object file has a
151   // .note.GNU-stack section.  GNU_STACK_FLAGS is the section flags
152   // from that section if there was one.
153   void
154   layout_gnu_stack(bool seen_gnu_stack, uint64_t gnu_stack_flags);
155
156   // Add an Output_section_data to the layout.  This is used for
157   // special sections like the GOT section.
158   void
159   add_output_section_data(const char* name, elfcpp::Elf_Word type,
160                           elfcpp::Elf_Xword flags,
161                           Output_section_data*);
162
163   // Create dynamic sections if necessary.
164   void
165   create_initial_dynamic_sections(Symbol_table*);
166
167   // Define __start and __stop symbols for output sections.
168   void
169   define_section_symbols(Symbol_table*);
170
171   // Create sections for linker scripts.
172   void
173   create_script_sections()
174   { this->script_options_->create_script_sections(this); }
175
176   // Define symbols from any linker script.
177   void
178   define_script_symbols(Symbol_table* symtab)
179   { this->script_options_->add_symbols_to_table(symtab); }
180
181   // Define symbols for group signatures.
182   void
183   define_group_signatures(Symbol_table*);
184
185   // Return the Stringpool used for symbol names.
186   const Stringpool*
187   sympool() const
188   { return &this->sympool_; }
189
190   // Return the Stringpool used for dynamic symbol names and dynamic
191   // tags.
192   const Stringpool*
193   dynpool() const
194   { return &this->dynpool_; }
195
196   // Return whether a section is a .gnu.linkonce section, given the
197   // section name.
198   static inline bool
199   is_linkonce(const char* name)
200   { return strncmp(name, ".gnu.linkonce", sizeof(".gnu.linkonce") - 1) == 0; }
201
202   // Record the signature of a comdat section, and return whether to
203   // include it in the link.  The GROUP parameter is true for a
204   // section group signature, false for a signature derived from a
205   // .gnu.linkonce section.
206   bool
207   add_comdat(const char*, bool group);
208
209   // Finalize the layout after all the input sections have been added.
210   off_t
211   finalize(const Input_objects*, Symbol_table*, Target*, const Task*);
212
213   // Return whether any sections require postprocessing.
214   bool
215   any_postprocessing_sections() const
216   { return this->any_postprocessing_sections_; }
217
218   // Return the size of the output file.
219   off_t
220   output_file_size() const
221   { return this->output_file_size_; }
222
223   // Return the TLS segment.  This will return NULL if there isn't
224   // one.
225   Output_segment*
226   tls_segment() const
227   { return this->tls_segment_; }
228
229   // Return the normal symbol table.
230   Output_section*
231   symtab_section() const
232   {
233     gold_assert(this->symtab_section_ != NULL);
234     return this->symtab_section_;
235   }
236
237   // Return the dynamic symbol table.
238   Output_section*
239   dynsym_section() const
240   {
241     gold_assert(this->dynsym_section_ != NULL);
242     return this->dynsym_section_;
243   }
244
245   // Return the dynamic tags.
246   Output_data_dynamic*
247   dynamic_data() const
248   { return this->dynamic_data_; }
249
250   // Write out the output sections.
251   void
252   write_output_sections(Output_file* of) const;
253
254   // Write out data not associated with an input file or the symbol
255   // table.
256   void
257   write_data(const Symbol_table*, Output_file*) const;
258
259   // Write out output sections which can not be written until all the
260   // input sections are complete.
261   void
262   write_sections_after_input_sections(Output_file* of);
263
264   // Return an output section named NAME, or NULL if there is none.
265   Output_section*
266   find_output_section(const char* name) const;
267
268   // Return an output segment of type TYPE, with segment flags SET set
269   // and segment flags CLEAR clear.  Return NULL if there is none.
270   Output_segment*
271   find_output_segment(elfcpp::PT type, elfcpp::Elf_Word set,
272                       elfcpp::Elf_Word clear) const;
273
274   // Return the number of segments we expect to produce.
275   size_t
276   expected_segment_count() const;
277
278   // Set a flag to indicate that an object file uses the static TLS model.
279   void
280   set_has_static_tls()
281   { this->has_static_tls_ = true; }
282
283   // Return true if any object file uses the static TLS model.
284   bool
285   has_static_tls() const
286   { return this->has_static_tls_; }
287
288   // Return the options which may be set by a linker script.
289   Script_options*
290   script_options()
291   { return this->script_options_; }
292
293   const Script_options*
294   script_options() const
295   { return this->script_options_; }
296
297   // Rewrite output file in binary format.
298   void
299   write_binary(Output_file* in) const;
300
301   // Dump statistical information to stderr.
302   void
303   print_stats() const;
304
305   // A list of segments.
306
307   typedef std::vector<Output_segment*> Segment_list;
308
309   // A list of sections.
310
311   typedef std::vector<Output_section*> Section_list;
312
313   // The list of information to write out which is not attached to
314   // either a section or a segment.
315   typedef std::vector<Output_data*> Data_list;
316
317   // Store the allocated sections into the section list.  This is used
318   // by the linker script code.
319   void
320   get_allocated_sections(Section_list*) const;
321
322   // Make a section for a linker script to hold data.
323   Output_section*
324   make_output_section_for_script(const char* name);
325
326   // Make a segment.  This is used by the linker script code.
327   Output_segment*
328   make_output_segment(elfcpp::Elf_Word type, elfcpp::Elf_Word flags);
329
330   // Return the number of segments.
331   size_t
332   segment_count() const
333   { return this->segment_list_.size(); }
334
335   // Map from section flags to segment flags.
336   static elfcpp::Elf_Word
337   section_flags_to_segment(elfcpp::Elf_Xword flags);
338
339  private:
340   Layout(const Layout&);
341   Layout& operator=(const Layout&);
342
343   // Mapping from .gnu.linkonce section names to output section names.
344   struct Linkonce_mapping
345   {
346     const char* from;
347     int fromlen;
348     const char* to;
349     int tolen;
350   };
351   static const Linkonce_mapping linkonce_mapping[];
352   static const int linkonce_mapping_count;
353
354   // During a relocatable link, a list of group sections and
355   // signatures.
356   struct Group_signature
357   {
358     // The group section.
359     Output_section* section;
360     // The signature.
361     const char* signature;
362
363     Group_signature()
364       : section(NULL), signature(NULL)
365     { }
366
367     Group_signature(Output_section* sectiona, const char* signaturea)
368       : section(sectiona), signature(signaturea)
369     { }
370   };
371   typedef std::vector<Group_signature> Group_signatures;
372
373   // Create a .note section for gold.
374   void
375   create_gold_note();
376
377   // Record whether the stack must be executable.
378   void
379   create_executable_stack_info(const Target*);
380
381   // Find the first read-only PT_LOAD segment, creating one if
382   // necessary.
383   Output_segment*
384   find_first_load_seg();
385
386   // Count the local symbols in the regular symbol table and the dynamic
387   // symbol table, and build the respective string pools.
388   void
389   count_local_symbols(const Task*, const Input_objects*);
390
391   // Create the output sections for the symbol table.
392   void
393   create_symtab_sections(const Input_objects*, Symbol_table*, off_t*);
394
395   // Create the .shstrtab section.
396   Output_section*
397   create_shstrtab();
398
399   // Create the section header table.
400   void
401   create_shdrs(off_t*);
402
403   // Create the dynamic symbol table.
404   void
405   create_dynamic_symtab(const Input_objects*, Symbol_table*,
406                         Output_section** pdynstr,
407                         unsigned int* plocal_dynamic_count,
408                         std::vector<Symbol*>* pdynamic_symbols,
409                         Versions* versions);
410
411   // Assign offsets to each local portion of the dynamic symbol table.
412   void
413   assign_local_dynsym_offsets(const Input_objects*);
414
415   // Finish the .dynamic section and PT_DYNAMIC segment.
416   void
417   finish_dynamic_section(const Input_objects*, const Symbol_table*);
418
419   // Create the .interp section and PT_INTERP segment.
420   void
421   create_interp(const Target* target);
422
423   // Create the version sections.
424   void
425   create_version_sections(const Versions*,
426                           const Symbol_table*,
427                           unsigned int local_symcount,
428                           const std::vector<Symbol*>& dynamic_symbols,
429                           const Output_section* dynstr);
430
431   template<int size, bool big_endian>
432   void
433   sized_create_version_sections(const Versions* versions,
434                                 const Symbol_table*,
435                                 unsigned int local_symcount,
436                                 const std::vector<Symbol*>& dynamic_symbols,
437                                 const Output_section* dynstr);
438
439   // Return whether to include this section in the link.
440   template<int size, bool big_endian>
441   bool
442   include_section(Sized_relobj<size, big_endian>* object, const char* name,
443                   const elfcpp::Shdr<size, big_endian>&);
444
445   // Return the output section name to use given an input section
446   // name.  Set *PLEN to the length of the name.  *PLEN must be
447   // initialized to the length of NAME.
448   static const char*
449   output_section_name(const char* name, size_t* plen);
450
451   // Return the output section name to use for a linkonce section
452   // name.  PLEN is as for output_section_name.
453   static const char*
454   linkonce_output_name(const char* name, size_t* plen);
455
456   // Return the output section for NAME, TYPE and FLAGS.
457   Output_section*
458   get_output_section(const char* name, Stringpool::Key name_key,
459                      elfcpp::Elf_Word type, elfcpp::Elf_Xword flags);
460
461   // Choose the output section for NAME in RELOBJ.
462   Output_section*
463   choose_output_section(const Relobj* relobj, const char* name,
464                         elfcpp::Elf_Word type, elfcpp::Elf_Xword flags,
465                         bool adjust_name);
466
467   // Create a new Output_section.
468   Output_section*
469   make_output_section(const char* name, elfcpp::Elf_Word type,
470                       elfcpp::Elf_Xword flags);
471
472   // Attach a section to a segment.
473   void
474   attach_to_segment(Output_section*, elfcpp::Elf_Xword flags);
475
476   // Allocate a previously unallocated output section.
477   void
478   allocate_output_section(Output_section*, elfcpp::Elf_Xword flags);
479
480   // Set the final file offsets of all the segments.
481   off_t
482   set_segment_offsets(const Target*, Output_segment*, unsigned int* pshndx);
483
484   // Set the file offsets of the sections when doing a relocatable
485   // link.
486   off_t
487   set_relocatable_section_offsets(Output_data*, unsigned int* pshndx);
488
489   // Set the final file offsets of all the sections not associated
490   // with a segment.  We set section offsets in three passes: the
491   // first handles all allocated sections, the second sections that
492   // require postprocessing, and the last the late-bound STRTAB
493   // sections (probably only shstrtab, which is the one we care about
494   // because it holds section names).
495   enum Section_offset_pass
496   {
497     BEFORE_INPUT_SECTIONS_PASS,
498     POSTPROCESSING_SECTIONS_PASS,
499     STRTAB_AFTER_POSTPROCESSING_SECTIONS_PASS
500   };
501   off_t
502   set_section_offsets(off_t, Section_offset_pass pass);
503
504   // Set the final section indexes of all the sections not associated
505   // with a segment.  Returns the next unused index.
506   unsigned int
507   set_section_indexes(unsigned int pshndx);
508
509   // Set the section addresses when using a script.
510   Output_segment*
511   set_section_addresses_from_script(Symbol_table*);
512
513   // Return whether SEG1 comes before SEG2 in the output file.
514   static bool
515   segment_precedes(const Output_segment* seg1, const Output_segment* seg2);
516
517   // A mapping used for group signatures.
518   typedef Unordered_map<std::string, bool> Signatures;
519
520   // Mapping from input section name/type/flags to output section.  We
521   // use canonicalized strings here.
522
523   typedef std::pair<Stringpool::Key,
524                     std::pair<elfcpp::Elf_Word, elfcpp::Elf_Xword> > Key;
525
526   struct Hash_key
527   {
528     size_t
529     operator()(const Key& k) const;
530   };
531
532   typedef Unordered_map<Key, Output_section*, Hash_key> Section_name_map;
533
534   // A comparison class for segments.
535
536   struct Compare_segments
537   {
538     bool
539     operator()(const Output_segment* seg1, const Output_segment* seg2)
540     { return Layout::segment_precedes(seg1, seg2); }
541   };
542
543   // A reference to the options on the command line.
544   const General_options& options_;
545   // Information set by scripts or by command line options.
546   Script_options* script_options_;
547   // The output section names.
548   Stringpool namepool_;
549   // The output symbol names.
550   Stringpool sympool_;
551   // The dynamic strings, if needed.
552   Stringpool dynpool_;
553   // The list of group sections and linkonce sections which we have seen.
554   Signatures signatures_;
555   // The mapping from input section name/type/flags to output sections.
556   Section_name_map section_name_map_;
557   // The list of output segments.
558   Segment_list segment_list_;
559   // The list of output sections.
560   Section_list section_list_;
561   // The list of output sections which are not attached to any output
562   // segment.
563   Section_list unattached_section_list_;
564   // The list of unattached Output_data objects which require special
565   // handling because they are not Output_sections.
566   Data_list special_output_list_;
567   // The section headers.
568   Output_section_headers* section_headers_;
569   // A pointer to the PT_TLS segment if there is one.
570   Output_segment* tls_segment_;
571   // The SHT_SYMTAB output section.
572   Output_section* symtab_section_;
573   // The SHT_DYNSYM output section if there is one.
574   Output_section* dynsym_section_;
575   // The SHT_DYNAMIC output section if there is one.
576   Output_section* dynamic_section_;
577   // The dynamic data which goes into dynamic_section_.
578   Output_data_dynamic* dynamic_data_;
579   // The exception frame output section if there is one.
580   Output_section* eh_frame_section_;
581   // The exception frame data for eh_frame_section_.
582   Eh_frame* eh_frame_data_;
583   // The exception frame header output section if there is one.
584   Output_section* eh_frame_hdr_section_;
585   // A list of group sections and their signatures.
586   Group_signatures group_signatures_;
587   // The size of the output file.
588   off_t output_file_size_;
589   // Whether we have seen an object file marked to require an
590   // executable stack.
591   bool input_requires_executable_stack_;
592   // Whether we have seen at least one object file with an executable
593   // stack marker.
594   bool input_with_gnu_stack_note_;
595   // Whether we have seen at least one object file without an
596   // executable stack marker.
597   bool input_without_gnu_stack_note_;
598   // Whether we have seen an object file that uses the static TLS model.
599   bool has_static_tls_;
600   // Whether any sections require postprocessing.
601   bool any_postprocessing_sections_;
602 };
603
604 // This task handles writing out data in output sections which is not
605 // part of an input section, or which requires special handling.  When
606 // this is done, it unblocks both output_sections_blocker and
607 // final_blocker.
608
609 class Write_sections_task : public Task
610 {
611  public:
612   Write_sections_task(const Layout* layout, Output_file* of,
613                       Task_token* output_sections_blocker,
614                       Task_token* final_blocker)
615     : layout_(layout), of_(of),
616       output_sections_blocker_(output_sections_blocker),
617       final_blocker_(final_blocker)
618   { }
619
620   // The standard Task methods.
621
622   Task_token*
623   is_runnable();
624
625   void
626   locks(Task_locker*);
627
628   void
629   run(Workqueue*);
630
631   std::string
632   get_name() const
633   { return "Write_sections_task"; }
634
635  private:
636   class Write_sections_locker;
637
638   const Layout* layout_;
639   Output_file* of_;
640   Task_token* output_sections_blocker_;
641   Task_token* final_blocker_;
642 };
643
644 // This task handles writing out data which is not part of a section
645 // or segment.
646
647 class Write_data_task : public Task
648 {
649  public:
650   Write_data_task(const Layout* layout, const Symbol_table* symtab,
651                   Output_file* of, Task_token* final_blocker)
652     : layout_(layout), symtab_(symtab), of_(of), final_blocker_(final_blocker)
653   { }
654
655   // The standard Task methods.
656
657   Task_token*
658   is_runnable();
659
660   void
661   locks(Task_locker*);
662
663   void
664   run(Workqueue*);
665
666   std::string
667   get_name() const
668   { return "Write_data_task"; }
669
670  private:
671   const Layout* layout_;
672   const Symbol_table* symtab_;
673   Output_file* of_;
674   Task_token* final_blocker_;
675 };
676
677 // This task handles writing out the global symbols.
678
679 class Write_symbols_task : public Task
680 {
681  public:
682   Write_symbols_task(const Symbol_table* symtab,
683                      const Input_objects* input_objects,
684                      const Stringpool* sympool, const Stringpool* dynpool,
685                      Output_file* of, Task_token* final_blocker)
686     : symtab_(symtab), input_objects_(input_objects), sympool_(sympool),
687       dynpool_(dynpool), of_(of), final_blocker_(final_blocker)
688   { }
689
690   // The standard Task methods.
691
692   Task_token*
693   is_runnable();
694
695   void
696   locks(Task_locker*);
697
698   void
699   run(Workqueue*);
700
701   std::string
702   get_name() const
703   { return "Write_symbols_task"; }
704
705  private:
706   const Symbol_table* symtab_;
707   const Input_objects* input_objects_;
708   const Stringpool* sympool_;
709   const Stringpool* dynpool_;
710   Output_file* of_;
711   Task_token* final_blocker_;
712 };
713
714 // This task handles writing out data in output sections which can't
715 // be written out until all the input sections have been handled.
716 // This is for sections whose contents is based on the contents of
717 // other output sections.
718
719 class Write_after_input_sections_task : public Task
720 {
721  public:
722   Write_after_input_sections_task(Layout* layout, Output_file* of,
723                                   Task_token* input_sections_blocker,
724                                   Task_token* final_blocker)
725     : layout_(layout), of_(of),
726       input_sections_blocker_(input_sections_blocker),
727       final_blocker_(final_blocker)
728   { }
729
730   // The standard Task methods.
731
732   Task_token*
733   is_runnable();
734
735   void
736   locks(Task_locker*);
737
738   void
739   run(Workqueue*);
740
741   std::string
742   get_name() const
743   { return "Write_after_input_sections_task"; }
744
745  private:
746   Layout* layout_;
747   Output_file* of_;
748   Task_token* input_sections_blocker_;
749   Task_token* final_blocker_;
750 };
751
752 // This task function handles closing the file.
753
754 class Close_task_runner : public Task_function_runner
755 {
756  public:
757   Close_task_runner(const General_options* options, const Layout* layout,
758                     Output_file* of)
759     : options_(options), layout_(layout), of_(of)
760   { }
761
762   // Run the operation.
763   void
764   run(Workqueue*, const Task*);
765
766  private:
767   const General_options* options_;
768   const Layout* layout_;
769   Output_file* of_;
770 };
771
772 // A small helper function to align an address.
773
774 inline uint64_t
775 align_address(uint64_t address, uint64_t addralign)
776 {
777   if (addralign != 0)
778     address = (address + addralign - 1) &~ (addralign - 1);
779   return address;
780 }
781
782 } // End namespace gold.
783
784 #endif // !defined(GOLD_LAYOUT_H)