Combine read-only .eh_frame sections with read-write .eh_frame
[external/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   // Turn a read-only output section into a read-write output section.
481   void
482   write_enable_output_section(Output_section*, elfcpp::Elf_Xword flags);
483
484   // Set the final file offsets of all the segments.
485   off_t
486   set_segment_offsets(const Target*, Output_segment*, unsigned int* pshndx);
487
488   // Set the file offsets of the sections when doing a relocatable
489   // link.
490   off_t
491   set_relocatable_section_offsets(Output_data*, unsigned int* pshndx);
492
493   // Set the final file offsets of all the sections not associated
494   // with a segment.  We set section offsets in three passes: the
495   // first handles all allocated sections, the second sections that
496   // require postprocessing, and the last the late-bound STRTAB
497   // sections (probably only shstrtab, which is the one we care about
498   // because it holds section names).
499   enum Section_offset_pass
500   {
501     BEFORE_INPUT_SECTIONS_PASS,
502     POSTPROCESSING_SECTIONS_PASS,
503     STRTAB_AFTER_POSTPROCESSING_SECTIONS_PASS
504   };
505   off_t
506   set_section_offsets(off_t, Section_offset_pass pass);
507
508   // Set the final section indexes of all the sections not associated
509   // with a segment.  Returns the next unused index.
510   unsigned int
511   set_section_indexes(unsigned int pshndx);
512
513   // Set the section addresses when using a script.
514   Output_segment*
515   set_section_addresses_from_script(Symbol_table*);
516
517   // Return whether SEG1 comes before SEG2 in the output file.
518   static bool
519   segment_precedes(const Output_segment* seg1, const Output_segment* seg2);
520
521   // A mapping used for group signatures.
522   typedef Unordered_map<std::string, bool> Signatures;
523
524   // Mapping from input section name/type/flags to output section.  We
525   // use canonicalized strings here.
526
527   typedef std::pair<Stringpool::Key,
528                     std::pair<elfcpp::Elf_Word, elfcpp::Elf_Xword> > Key;
529
530   struct Hash_key
531   {
532     size_t
533     operator()(const Key& k) const;
534   };
535
536   typedef Unordered_map<Key, Output_section*, Hash_key> Section_name_map;
537
538   // A comparison class for segments.
539
540   struct Compare_segments
541   {
542     bool
543     operator()(const Output_segment* seg1, const Output_segment* seg2)
544     { return Layout::segment_precedes(seg1, seg2); }
545   };
546
547   // A reference to the options on the command line.
548   const General_options& options_;
549   // Information set by scripts or by command line options.
550   Script_options* script_options_;
551   // The output section names.
552   Stringpool namepool_;
553   // The output symbol names.
554   Stringpool sympool_;
555   // The dynamic strings, if needed.
556   Stringpool dynpool_;
557   // The list of group sections and linkonce sections which we have seen.
558   Signatures signatures_;
559   // The mapping from input section name/type/flags to output sections.
560   Section_name_map section_name_map_;
561   // The list of output segments.
562   Segment_list segment_list_;
563   // The list of output sections.
564   Section_list section_list_;
565   // The list of output sections which are not attached to any output
566   // segment.
567   Section_list unattached_section_list_;
568   // The list of unattached Output_data objects which require special
569   // handling because they are not Output_sections.
570   Data_list special_output_list_;
571   // The section headers.
572   Output_section_headers* section_headers_;
573   // A pointer to the PT_TLS segment if there is one.
574   Output_segment* tls_segment_;
575   // The SHT_SYMTAB output section.
576   Output_section* symtab_section_;
577   // The SHT_DYNSYM output section if there is one.
578   Output_section* dynsym_section_;
579   // The SHT_DYNAMIC output section if there is one.
580   Output_section* dynamic_section_;
581   // The dynamic data which goes into dynamic_section_.
582   Output_data_dynamic* dynamic_data_;
583   // The exception frame output section if there is one.
584   Output_section* eh_frame_section_;
585   // The exception frame data for eh_frame_section_.
586   Eh_frame* eh_frame_data_;
587   // The exception frame header output section if there is one.
588   Output_section* eh_frame_hdr_section_;
589   // A list of group sections and their signatures.
590   Group_signatures group_signatures_;
591   // The size of the output file.
592   off_t output_file_size_;
593   // Whether we have seen an object file marked to require an
594   // executable stack.
595   bool input_requires_executable_stack_;
596   // Whether we have seen at least one object file with an executable
597   // stack marker.
598   bool input_with_gnu_stack_note_;
599   // Whether we have seen at least one object file without an
600   // executable stack marker.
601   bool input_without_gnu_stack_note_;
602   // Whether we have seen an object file that uses the static TLS model.
603   bool has_static_tls_;
604   // Whether any sections require postprocessing.
605   bool any_postprocessing_sections_;
606 };
607
608 // This task handles writing out data in output sections which is not
609 // part of an input section, or which requires special handling.  When
610 // this is done, it unblocks both output_sections_blocker and
611 // final_blocker.
612
613 class Write_sections_task : public Task
614 {
615  public:
616   Write_sections_task(const Layout* layout, Output_file* of,
617                       Task_token* output_sections_blocker,
618                       Task_token* final_blocker)
619     : layout_(layout), of_(of),
620       output_sections_blocker_(output_sections_blocker),
621       final_blocker_(final_blocker)
622   { }
623
624   // The standard Task methods.
625
626   Task_token*
627   is_runnable();
628
629   void
630   locks(Task_locker*);
631
632   void
633   run(Workqueue*);
634
635   std::string
636   get_name() const
637   { return "Write_sections_task"; }
638
639  private:
640   class Write_sections_locker;
641
642   const Layout* layout_;
643   Output_file* of_;
644   Task_token* output_sections_blocker_;
645   Task_token* final_blocker_;
646 };
647
648 // This task handles writing out data which is not part of a section
649 // or segment.
650
651 class Write_data_task : public Task
652 {
653  public:
654   Write_data_task(const Layout* layout, const Symbol_table* symtab,
655                   Output_file* of, Task_token* final_blocker)
656     : layout_(layout), symtab_(symtab), of_(of), final_blocker_(final_blocker)
657   { }
658
659   // The standard Task methods.
660
661   Task_token*
662   is_runnable();
663
664   void
665   locks(Task_locker*);
666
667   void
668   run(Workqueue*);
669
670   std::string
671   get_name() const
672   { return "Write_data_task"; }
673
674  private:
675   const Layout* layout_;
676   const Symbol_table* symtab_;
677   Output_file* of_;
678   Task_token* final_blocker_;
679 };
680
681 // This task handles writing out the global symbols.
682
683 class Write_symbols_task : public Task
684 {
685  public:
686   Write_symbols_task(const Symbol_table* symtab,
687                      const Input_objects* input_objects,
688                      const Stringpool* sympool, const Stringpool* dynpool,
689                      Output_file* of, Task_token* final_blocker)
690     : symtab_(symtab), input_objects_(input_objects), sympool_(sympool),
691       dynpool_(dynpool), of_(of), final_blocker_(final_blocker)
692   { }
693
694   // The standard Task methods.
695
696   Task_token*
697   is_runnable();
698
699   void
700   locks(Task_locker*);
701
702   void
703   run(Workqueue*);
704
705   std::string
706   get_name() const
707   { return "Write_symbols_task"; }
708
709  private:
710   const Symbol_table* symtab_;
711   const Input_objects* input_objects_;
712   const Stringpool* sympool_;
713   const Stringpool* dynpool_;
714   Output_file* of_;
715   Task_token* final_blocker_;
716 };
717
718 // This task handles writing out data in output sections which can't
719 // be written out until all the input sections have been handled.
720 // This is for sections whose contents is based on the contents of
721 // other output sections.
722
723 class Write_after_input_sections_task : public Task
724 {
725  public:
726   Write_after_input_sections_task(Layout* layout, Output_file* of,
727                                   Task_token* input_sections_blocker,
728                                   Task_token* final_blocker)
729     : layout_(layout), of_(of),
730       input_sections_blocker_(input_sections_blocker),
731       final_blocker_(final_blocker)
732   { }
733
734   // The standard Task methods.
735
736   Task_token*
737   is_runnable();
738
739   void
740   locks(Task_locker*);
741
742   void
743   run(Workqueue*);
744
745   std::string
746   get_name() const
747   { return "Write_after_input_sections_task"; }
748
749  private:
750   Layout* layout_;
751   Output_file* of_;
752   Task_token* input_sections_blocker_;
753   Task_token* final_blocker_;
754 };
755
756 // This task function handles closing the file.
757
758 class Close_task_runner : public Task_function_runner
759 {
760  public:
761   Close_task_runner(const General_options* options, const Layout* layout,
762                     Output_file* of)
763     : options_(options), layout_(layout), of_(of)
764   { }
765
766   // Run the operation.
767   void
768   run(Workqueue*, const Task*);
769
770  private:
771   const General_options* options_;
772   const Layout* layout_;
773   Output_file* of_;
774 };
775
776 // A small helper function to align an address.
777
778 inline uint64_t
779 align_address(uint64_t address, uint64_t addralign)
780 {
781   if (addralign != 0)
782     address = (address + addralign - 1) &~ (addralign - 1);
783   return address;
784 }
785
786 } // End namespace gold.
787
788 #endif // !defined(GOLD_LAYOUT_H)