A few hppa testcase tidies
[external/binutils.git] / ld / ldint.texi
1 \input texinfo
2 @setfilename ldint.info
3 @c Copyright (C) 1992-2018 Free Software Foundation, Inc.
4
5 @ifnottex
6 @dircategory Software development
7 @direntry
8 * Ld-Internals: (ldint).        The GNU linker internals.
9 @end direntry
10 @end ifnottex
11
12 @copying
13 This file documents the internals of the GNU linker ld.
14
15 Copyright @copyright{} 1992-2018 Free Software Foundation, Inc.
16 Contributed by Cygnus Support.
17
18 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
19 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or
20 any later version published by the Free Software Foundation; with the
21 Invariant Sections being ``GNU General Public License'' and ``Funding
22 Free Software'', the Front-Cover texts being (a) (see below), and with
23 the Back-Cover Texts being (b) (see below).  A copy of the license is
24 included in the section entitled ``GNU Free Documentation License''.
25
26 (a) The FSF's Front-Cover Text is:
27
28      A GNU Manual
29
30 (b) The FSF's Back-Cover Text is:
31
32      You have freedom to copy and modify this GNU Manual, like GNU
33      software.  Copies published by the Free Software Foundation raise
34      funds for GNU development.
35 @end copying
36
37 @iftex
38 @finalout
39 @setchapternewpage off
40 @settitle GNU Linker Internals
41 @titlepage
42 @title{A guide to the internals of the GNU linker}
43 @author Per Bothner, Steve Chamberlain, Ian Lance Taylor, DJ Delorie
44 @author Cygnus Support
45 @page
46
47 @tex
48 \def\$#1${{#1}}  % Kluge: collect RCS revision info without $...$
49 \xdef\manvers{2.10.91}  % For use in headers, footers too
50 {\parskip=0pt
51 \hfill Cygnus Support\par
52 \hfill \manvers\par
53 \hfill \TeX{}info \texinfoversion\par
54 }
55 @end tex
56
57 @vskip 0pt plus 1filll
58 Copyright @copyright{} 1992-2018 Free Software Foundation, Inc.
59
60       Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
61       under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3
62       or any later version published by the Free Software Foundation;
63       with no Invariant Sections, with no Front-Cover Texts, and with no
64       Back-Cover Texts.  A copy of the license is included in the
65       section entitled "GNU Free Documentation License".
66
67 @end titlepage
68 @end iftex
69
70 @node Top
71 @top
72
73 This file documents the internals of the GNU linker @code{ld}.  It is a
74 collection of miscellaneous information with little form at this point.
75 Mostly, it is a repository into which you can put information about
76 GNU @code{ld} as you discover it (or as you design changes to @code{ld}).
77
78 This document is distributed under the terms of the GNU Free
79 Documentation License.  A copy of the license is included in the
80 section entitled "GNU Free Documentation License".
81
82 @menu
83 * README::                      The README File
84 * Emulations::                  How linker emulations are generated
85 * Emulation Walkthrough::       A Walkthrough of a Typical Emulation
86 * Architecture Specific::       Some Architecture Specific Notes
87 * GNU Free Documentation License::  GNU Free Documentation License
88 @end menu
89
90 @node README
91 @chapter The @file{README} File
92
93 Check the @file{README} file; it often has useful information that does not
94 appear anywhere else in the directory.
95
96 @node Emulations
97 @chapter How linker emulations are generated
98
99 Each linker target has an @dfn{emulation}.  The emulation includes the
100 default linker script, and certain emulations also modify certain types
101 of linker behaviour.
102
103 Emulations are created during the build process by the shell script
104 @file{genscripts.sh}.
105
106 The @file{genscripts.sh} script starts by reading a file in the
107 @file{emulparams} directory.  This is a shell script which sets various
108 shell variables used by @file{genscripts.sh} and the other shell scripts
109 it invokes.
110
111 The @file{genscripts.sh} script will invoke a shell script in the
112 @file{scripttempl} directory in order to create default linker scripts
113 written in the linker command language.  The @file{scripttempl} script
114 will be invoked 5 (or, in some cases, 6) times, with different
115 assignments to shell variables, to create different default scripts.
116 The choice of script is made based on the command-line options.
117
118 After creating the scripts, @file{genscripts.sh} will invoke yet another
119 shell script, this time in the @file{emultempl} directory.  That shell
120 script will create the emulation source file, which contains C code.
121 This C code permits the linker emulation to override various linker
122 behaviours.  Most targets use the generic emulation code, which is in
123 @file{emultempl/generic.em}.
124
125 To summarize, @file{genscripts.sh} reads three shell scripts: an
126 emulation parameters script in the @file{emulparams} directory, a linker
127 script generation script in the @file{scripttempl} directory, and an
128 emulation source file generation script in the @file{emultempl}
129 directory.
130
131 For example, the Sun 4 linker sets up variables in
132 @file{emulparams/sun4.sh}, creates linker scripts using
133 @file{scripttempl/aout.sc}, and creates the emulation code using
134 @file{emultempl/sunos.em}.
135
136 Note that the linker can support several emulations simultaneously,
137 depending upon how it is configured.  An emulation can be selected with
138 the @code{-m} option.  The @code{-V} option will list all supported
139 emulations.
140
141 @menu
142 * emulation parameters::        @file{emulparams} scripts
143 * linker scripts::              @file{scripttempl} scripts
144 * linker emulations::           @file{emultempl} scripts
145 @end menu
146
147 @node emulation parameters
148 @section @file{emulparams} scripts
149
150 Each target selects a particular file in the @file{emulparams} directory
151 by setting the shell variable @code{targ_emul} in @file{configure.tgt}.
152 This shell variable is used by the @file{configure} script to control
153 building an emulation source file.
154
155 Certain conventions are enforced.  Suppose the @code{targ_emul} variable
156 is set to @var{emul} in @file{configure.tgt}.  The name of the emulation
157 shell script will be @file{emulparams/@var{emul}.sh}.  The
158 @file{Makefile} must have a target named @file{e@var{emul}.c}; this
159 target must depend upon @file{emulparams/@var{emul}.sh}, as well as the
160 appropriate scripts in the @file{scripttempl} and @file{emultempl}
161 directories.  The @file{Makefile} target must invoke @code{GENSCRIPTS}
162 with two arguments: @var{emul}, and the value of the make variable
163 @code{tdir_@var{emul}}.  The value of the latter variable will be set by
164 the @file{configure} script, and is used to set the default target
165 directory to search.
166
167 By convention, the @file{emulparams/@var{emul}.sh} shell script should
168 only set shell variables.  It may set shell variables which are to be
169 interpreted by the @file{scripttempl} and the @file{emultempl} scripts.
170 Certain shell variables are interpreted directly by the
171 @file{genscripts.sh} script.
172
173 Here is a list of shell variables interpreted by @file{genscripts.sh},
174 as well as some conventional shell variables interpreted by the
175 @file{scripttempl} and @file{emultempl} scripts.
176
177 @table @code
178 @item SCRIPT_NAME
179 This is the name of the @file{scripttempl} script to use.  If
180 @code{SCRIPT_NAME} is set to @var{script}, @file{genscripts.sh} will use
181 the script @file{scripttempl/@var{script}.sc}.
182
183 @item TEMPLATE_NAME
184 This is the name of the @file{emultempl} script to use.  If
185 @code{TEMPLATE_NAME} is set to @var{template}, @file{genscripts.sh} will
186 use the script @file{emultempl/@var{template}.em}.  If this variable is
187 not set, the default value is @samp{generic}.
188
189 @item GENERATE_SHLIB_SCRIPT
190 If this is set to a nonempty string, @file{genscripts.sh} will invoke
191 the @file{scripttempl} script an extra time to create a shared library
192 script.  @ref{linker scripts}.
193
194 @item OUTPUT_FORMAT
195 This is normally set to indicate the BFD output format use (e.g.,
196 @samp{"a.out-sunos-big"}.  The @file{scripttempl} script will normally
197 use it in an @code{OUTPUT_FORMAT} expression in the linker script.
198
199 @item ARCH
200 This is normally set to indicate the architecture to use (e.g.,
201 @samp{sparc}).  The @file{scripttempl} script will normally use it in an
202 @code{OUTPUT_ARCH} expression in the linker script.
203
204 @item ENTRY
205 Some @file{scripttempl} scripts use this to set the entry address, in an
206 @code{ENTRY} expression in the linker script.
207
208 @item TEXT_START_ADDR
209 Some @file{scripttempl} scripts use this to set the start address of the
210 @samp{.text} section.
211
212 @item SEGMENT_SIZE
213 The @file{genscripts.sh} script uses this to set the default value of
214 @code{DATA_ALIGNMENT} when running the @file{scripttempl} script.
215
216 @item TARGET_PAGE_SIZE
217 If @code{SEGMENT_SIZE} is not defined, the @file{genscripts.sh} script
218 uses this to define it.
219
220 @item ALIGNMENT
221 Some @file{scripttempl} scripts set this to a number to pass to
222 @code{ALIGN} to set the required alignment for the @code{end} symbol.
223 @end table
224
225 @node linker scripts
226 @section @file{scripttempl} scripts
227
228 Each linker target uses a @file{scripttempl} script to generate the
229 default linker scripts.  The name of the @file{scripttempl} script is
230 set by the @code{SCRIPT_NAME} variable in the @file{emulparams} script.
231 If @code{SCRIPT_NAME} is set to @var{script}, @code{genscripts.sh} will
232 invoke @file{scripttempl/@var{script}.sc}.
233
234 The @file{genscripts.sh} script will invoke the @file{scripttempl}
235 script 5 to 9 times.  Each time it will set the shell variable
236 @code{LD_FLAG} to a different value.  When the linker is run, the
237 options used will direct it to select a particular script.  (Script
238 selection is controlled by the @code{get_script} emulation entry point;
239 this describes the conventional behaviour).
240
241 The @file{scripttempl} script should just write a linker script, written
242 in the linker command language, to standard output.  If the emulation
243 name--the name of the @file{emulparams} file without the @file{.sc}
244 extension--is @var{emul}, then the output will be directed to
245 @file{ldscripts/@var{emul}.@var{extension}} in the build directory,
246 where @var{extension} changes each time the @file{scripttempl} script is
247 invoked.
248
249 Here is the list of values assigned to @code{LD_FLAG}.
250
251 @table @code
252 @item (empty)
253 The script generated is used by default (when none of the following
254 cases apply).  The output has an extension of @file{.x}.
255 @item n
256 The script generated is used when the linker is invoked with the
257 @code{-n} option.  The output has an extension of @file{.xn}.
258 @item N
259 The script generated is used when the linker is invoked with the
260 @code{-N} option.  The output has an extension of @file{.xbn}.
261 @item r
262 The script generated is used when the linker is invoked with the
263 @code{-r} option.  The output has an extension of @file{.xr}.
264 @item u
265 The script generated is used when the linker is invoked with the
266 @code{-Ur} option.  The output has an extension of @file{.xu}.
267 @item shared
268 The @file{scripttempl} script is only invoked with @code{LD_FLAG} set to
269 this value if @code{GENERATE_SHLIB_SCRIPT} is defined in the
270 @file{emulparams} file.  The @file{emultempl} script must arrange to use
271 this script at the appropriate time, normally when the linker is invoked
272 with the @code{-shared} option.  The output has an extension of
273 @file{.xs}.
274 @item c
275 The @file{scripttempl} script is only invoked with @code{LD_FLAG} set to
276 this value if @code{GENERATE_COMBRELOC_SCRIPT} is defined in the
277 @file{emulparams} file or if @code{SCRIPT_NAME} is @code{elf}. The
278 @file{emultempl} script must arrange to use this script at the appropriate
279 time, normally when the linker is invoked with the @code{-z combreloc}
280 option.  The output has an extension of
281 @file{.xc}.
282 @item cshared
283 The @file{scripttempl} script is only invoked with @code{LD_FLAG} set to
284 this value if @code{GENERATE_COMBRELOC_SCRIPT} is defined in the
285 @file{emulparams} file or if @code{SCRIPT_NAME} is @code{elf} and
286 @code{GENERATE_SHLIB_SCRIPT} is defined in the @file{emulparams} file.
287 The @file{emultempl} script must arrange to use this script at the
288 appropriate time, normally when the linker is invoked with the @code{-shared
289 -z combreloc} option.  The output has an extension of @file{.xsc}.
290 @item auto_import
291 The @file{scripttempl} script is only invoked with @code{LD_FLAG} set to
292 this value if @code{GENERATE_AUTO_IMPORT_SCRIPT} is defined in the
293 @file{emulparams} file.  The @file{emultempl} script must arrange to
294 use this script at the appropriate time, normally when the linker is
295 invoked with the @code{--enable-auto-import} option.  The output has
296 an extension of @file{.xa}.
297 @end table
298
299 Besides the shell variables set by the @file{emulparams} script, and the
300 @code{LD_FLAG} variable, the @file{genscripts.sh} script will set
301 certain variables for each run of the @file{scripttempl} script.
302
303 @table @code
304 @item RELOCATING
305 This will be set to a non-empty string when the linker is doing a final
306 relocation (e.g., all scripts other than @code{-r} and @code{-Ur}).
307
308 @item CONSTRUCTING
309 This will be set to a non-empty string when the linker is building
310 global constructor and destructor tables (e.g., all scripts other than
311 @code{-r}).
312
313 @item DATA_ALIGNMENT
314 This will be set to an @code{ALIGN} expression when the output should be
315 page aligned, or to @samp{.} when generating the @code{-N} script.
316
317 @item CREATE_SHLIB
318 This will be set to a non-empty string when generating a @code{-shared}
319 script.
320
321 @item COMBRELOC
322 This will be set to a non-empty string when generating @code{-z combreloc}
323 scripts to a temporary file name which can be used during script generation.
324 @end table
325
326 The conventional way to write a @file{scripttempl} script is to first
327 set a few shell variables, and then write out a linker script using
328 @code{cat} with a here document.  The linker script will use variable
329 substitutions, based on the above variables and those set in the
330 @file{emulparams} script, to control its behaviour.
331
332 When there are parts of the @file{scripttempl} script which should only
333 be run when doing a final relocation, they should be enclosed within a
334 variable substitution based on @code{RELOCATING}.  For example, on many
335 targets special symbols such as @code{_end} should be defined when doing
336 a final link.  Naturally, those symbols should not be defined when doing
337 a relocatable link using @code{-r}.  The @file{scripttempl} script
338 could use a construct like this to define those symbols:
339 @smallexample
340   $@{RELOCATING+ _end = .;@}
341 @end smallexample
342 This will do the symbol assignment only if the @code{RELOCATING}
343 variable is defined.
344
345 The basic job of the linker script is to put the sections in the correct
346 order, and at the correct memory addresses.  For some targets, the
347 linker script may have to do some other operations.
348
349 For example, on most MIPS platforms, the linker is responsible for
350 defining the special symbol @code{_gp}, used to initialize the
351 @code{$gp} register.  It must be set to the start of the small data
352 section plus @code{0x8000}.  Naturally, it should only be defined when
353 doing a final relocation.  This will typically be done like this:
354 @smallexample
355   $@{RELOCATING+ _gp = ALIGN(16) + 0x8000;@}
356 @end smallexample
357 This line would appear just before the sections which compose the small
358 data section (@samp{.sdata}, @samp{.sbss}).  All those sections would be
359 contiguous in memory.
360
361 Many COFF systems build constructor tables in the linker script.  The
362 compiler will arrange to output the address of each global constructor
363 in a @samp{.ctor} section, and the address of each global destructor in
364 a @samp{.dtor} section (this is done by defining
365 @code{ASM_OUTPUT_CONSTRUCTOR} and @code{ASM_OUTPUT_DESTRUCTOR} in the
366 @code{gcc} configuration files).  The @code{gcc} runtime support
367 routines expect the constructor table to be named @code{__CTOR_LIST__}.
368 They expect it to be a list of words, with the first word being the
369 count of the number of entries.  There should be a trailing zero word.
370 (Actually, the count may be -1 if the trailing word is present, and the
371 trailing word may be omitted if the count is correct, but, as the
372 @code{gcc} behaviour has changed slightly over the years, it is safest
373 to provide both).  Here is a typical way that might be handled in a
374 @file{scripttempl} file.
375 @smallexample
376     $@{CONSTRUCTING+ __CTOR_LIST__ = .;@}
377     $@{CONSTRUCTING+ LONG((__CTOR_END__ - __CTOR_LIST__) / 4 - 2)@}
378     $@{CONSTRUCTING+ *(.ctors)@}
379     $@{CONSTRUCTING+ LONG(0)@}
380     $@{CONSTRUCTING+ __CTOR_END__ = .;@}
381     $@{CONSTRUCTING+ __DTOR_LIST__ = .;@}
382     $@{CONSTRUCTING+ LONG((__DTOR_END__ - __DTOR_LIST__) / 4 - 2)@}
383     $@{CONSTRUCTING+ *(.dtors)@}
384     $@{CONSTRUCTING+ LONG(0)@}
385     $@{CONSTRUCTING+ __DTOR_END__ = .;@}
386 @end smallexample
387 The use of @code{CONSTRUCTING} ensures that these linker script commands
388 will only appear when the linker is supposed to be building the
389 constructor and destructor tables.  This example is written for a target
390 which uses 4 byte pointers.
391
392 Embedded systems often need to set a stack address.  This is normally
393 best done by using the @code{PROVIDE} construct with a default stack
394 address.  This permits the user to easily override the stack address
395 using the @code{--defsym} option.  Here is an example:
396 @smallexample
397   $@{RELOCATING+ PROVIDE (__stack = 0x80000000);@}
398 @end smallexample
399 The value of the symbol @code{__stack} would then be used in the startup
400 code to initialize the stack pointer.
401
402 @node linker emulations
403 @section @file{emultempl} scripts
404
405 Each linker target uses an @file{emultempl} script to generate the
406 emulation code.  The name of the @file{emultempl} script is set by the
407 @code{TEMPLATE_NAME} variable in the @file{emulparams} script.  If the
408 @code{TEMPLATE_NAME} variable is not set, the default is
409 @samp{generic}.  If the value of @code{TEMPLATE_NAME} is @var{template},
410 @file{genscripts.sh} will use @file{emultempl/@var{template}.em}.
411
412 Most targets use the generic @file{emultempl} script,
413 @file{emultempl/generic.em}.  A different @file{emultempl} script is
414 only needed if the linker must support unusual actions, such as linking
415 against shared libraries.
416
417 The @file{emultempl} script is normally written as a simple invocation
418 of @code{cat} with a here document.  The document will use a few
419 variable substitutions.  Typically each function names uses a
420 substitution involving @code{EMULATION_NAME}, for ease of debugging when
421 the linker supports multiple emulations.
422
423 Every function and variable in the emitted file should be static.  The
424 only globally visible object must be named
425 @code{ld_@var{EMULATION_NAME}_emulation}, where @var{EMULATION_NAME} is
426 the name of the emulation set in @file{configure.tgt} (this is also the
427 name of the @file{emulparams} file without the @file{.sh} extension).
428 The @file{genscripts.sh} script will set the shell variable
429 @code{EMULATION_NAME} before invoking the @file{emultempl} script.
430
431 The @code{ld_@var{EMULATION_NAME}_emulation} variable must be a
432 @code{struct ld_emulation_xfer_struct}, as defined in @file{ldemul.h}.
433 It defines a set of function pointers which are invoked by the linker,
434 as well as strings for the emulation name (normally set from the shell
435 variable @code{EMULATION_NAME} and the default BFD target name (normally
436 set from the shell variable @code{OUTPUT_FORMAT} which is normally set
437 by the @file{emulparams} file).
438
439 The @file{genscripts.sh} script will set the shell variable
440 @code{COMPILE_IN} when it invokes the @file{emultempl} script for the
441 default emulation.  In this case, the @file{emultempl} script should
442 include the linker scripts directly, and return them from the
443 @code{get_scripts} entry point.  When the emulation is not the default,
444 the @code{get_scripts} entry point should just return a file name.  See
445 @file{emultempl/generic.em} for an example of how this is done.
446
447 At some point, the linker emulation entry points should be documented.
448
449 @node Emulation Walkthrough
450 @chapter A Walkthrough of a Typical Emulation
451
452 This chapter is to help people who are new to the way emulations
453 interact with the linker, or who are suddenly thrust into the position
454 of having to work with existing emulations.  It will discuss the files
455 you need to be aware of.  It will tell you when the given "hooks" in
456 the emulation will be called.  It will, hopefully, give you enough
457 information about when and how things happen that you'll be able to
458 get by.  As always, the source is the definitive reference to this.
459
460 The starting point for the linker is in @file{ldmain.c} where
461 @code{main} is defined.  The bulk of the code that's emulation
462 specific will initially be in @code{emultempl/@var{emulation}.em} but
463 will end up in @code{e@var{emulation}.c} when the build is done.
464 Most of the work to select and interface with emulations is in
465 @code{ldemul.h} and @code{ldemul.c}.  Specifically, @code{ldemul.h}
466 defines the @code{ld_emulation_xfer_struct} structure your emulation
467 exports.
468
469 Your emulation file exports a symbol
470 @code{ld_@var{EMULATION_NAME}_emulation}.  If your emulation is
471 selected (it usually is, since usually there's only one),
472 @code{ldemul.c} sets the variable @var{ld_emulation} to point to it.
473 @code{ldemul.c} also defines a number of API functions that interface
474 to your emulation, like @code{ldemul_after_parse} which simply calls
475 your @code{ld_@var{EMULATION}_emulation.after_parse} function.  For
476 the rest of this section, the functions will be mentioned, but you
477 should assume the indirect reference to your emulation also.
478
479 We will also skip or gloss over parts of the link process that don't
480 relate to emulations, like setting up internationalization.
481
482 After initialization, @code{main} selects an emulation by pre-scanning
483 the command-line arguments.  It calls @code{ldemul_choose_target} to
484 choose a target.  If you set @code{choose_target} to
485 @code{ldemul_default_target}, it picks your @code{target_name} by
486 default.
487
488 @code{main} calls @code{ldemul_before_parse}, then @code{parse_args}.
489 @code{parse_args} calls @code{ldemul_parse_args} for each arg, which
490 must update the @code{getopt} globals if it recognizes the argument.
491 If the emulation doesn't recognize it, then parse_args checks to see
492 if it recognizes it.
493
494 Now that the emulation has had access to all its command-line options,
495 @code{main} calls @code{ldemul_set_symbols}.  This can be used for any
496 initialization that may be affected by options.  It is also supposed
497 to set up any variables needed by the emulation script.
498
499 @code{main} now calls @code{ldemul_get_script} to get the emulation
500 script to use (based on arguments, no doubt, @pxref{Emulations}) and
501 runs it.  While parsing, @code{ldgram.y} may call @code{ldemul_hll} or
502 @code{ldemul_syslib} to handle the @code{HLL} or @code{SYSLIB}
503 commands.  It may call @code{ldemul_unrecognized_file} if you asked
504 the linker to link a file it doesn't recognize.  It will call
505 @code{ldemul_recognized_file} for each file it does recognize, in case
506 the emulation wants to handle some files specially.  All the while,
507 it's loading the files (possibly calling
508 @code{ldemul_open_dynamic_archive}) and symbols and stuff.  After it's
509 done reading the script, @code{main} calls @code{ldemul_after_parse}.
510 Use the after-parse hook to set up anything that depends on stuff the
511 script might have set up, like the entry point.
512
513 @code{main} next calls @code{lang_process} in @code{ldlang.c}.  This
514 appears to be the main core of the linking itself, as far as emulation
515 hooks are concerned(*).  It first opens the output file's BFD, calling
516 @code{ldemul_set_output_arch}, and calls
517 @code{ldemul_create_output_section_statements} in case you need to use
518 other means to find or create object files (i.e. shared libraries
519 found on a path, or fake stub objects).  Despite the name, nobody
520 creates output sections here.
521
522 (*) In most cases, the BFD library does the bulk of the actual
523 linking, handling symbol tables, symbol resolution, relocations, and
524 building the final output file.  See the BFD reference for all the
525 details.  Your emulation is usually concerned more with managing
526 things at the file and section level, like "put this here, add this
527 section", etc.
528
529 Next, the objects to be linked are opened and BFDs created for them,
530 and @code{ldemul_after_open} is called.  At this point, you have all
531 the objects and symbols loaded, but none of the data has been placed
532 yet.
533
534 Next comes the Big Linking Thingy (except for the parts BFD does).
535 All input sections are mapped to output sections according to the
536 script.  If a section doesn't get mapped by default,
537 @code{ldemul_place_orphan} will get called to figure out where it goes.
538 Next it figures out the offsets for each section, calling
539 @code{ldemul_before_allocation} before and
540 @code{ldemul_after_allocation} after deciding where each input section
541 ends up in the output sections.
542
543 The last part of @code{lang_process} is to figure out all the symbols'
544 values.  After assigning final values to the symbols,
545 @code{ldemul_finish} is called, and after that, any undefined symbols
546 are turned into fatal errors.
547
548 OK, back to @code{main}, which calls @code{ldwrite} in
549 @file{ldwrite.c}.  @code{ldwrite} calls BFD's final_link, which does
550 all the relocation fixups and writes the output bfd to disk, and we're
551 done.
552
553 In summary,
554
555 @itemize @bullet
556
557 @item @code{main()} in @file{ldmain.c}
558 @item @file{emultempl/@var{EMULATION}.em} has your code
559 @item @code{ldemul_choose_target} (defaults to your @code{target_name})
560 @item @code{ldemul_before_parse}
561 @item Parse argv, calls @code{ldemul_parse_args} for each
562 @item @code{ldemul_set_symbols}
563 @item @code{ldemul_get_script}
564 @item parse script
565
566 @itemize @bullet
567 @item may call @code{ldemul_hll} or @code{ldemul_syslib}
568 @item may call @code{ldemul_open_dynamic_archive}
569 @end itemize
570
571 @item @code{ldemul_after_parse}
572 @item @code{lang_process()} in @file{ldlang.c}
573
574 @itemize @bullet
575 @item create @code{output_bfd}
576 @item @code{ldemul_set_output_arch}
577 @item @code{ldemul_create_output_section_statements}
578 @item read objects, create input bfds - all symbols exist, but have no values
579 @item may call @code{ldemul_unrecognized_file}
580 @item will call @code{ldemul_recognized_file}
581 @item @code{ldemul_after_open}
582 @item map input sections to output sections
583 @item may call @code{ldemul_place_orphan} for remaining sections
584 @item @code{ldemul_before_allocation}
585 @item gives input sections offsets into output sections, places output sections
586 @item @code{ldemul_after_allocation} - section addresses valid
587 @item assigns values to symbols
588 @item @code{ldemul_finish} - symbol values valid
589 @end itemize
590
591 @item output bfd is written to disk
592
593 @end itemize
594
595 @node Architecture Specific
596 @chapter Some Architecture Specific Notes
597
598 This is the place for notes on the behavior of @code{ld} on
599 specific platforms.  Currently, only Intel x86 is documented (and
600 of that, only the auto-import behavior for DLLs).
601
602 @menu
603 * ix86::                        Intel x86
604 @end menu
605
606 @node ix86
607 @section Intel x86
608
609 @table @emph
610 @code{ld} can create DLLs that operate with various runtimes available
611 on a common x86 operating system.  These runtimes include native (using
612 the mingw "platform"), cygwin, and pw.
613
614 @item auto-import from DLLs
615 @enumerate
616 @item
617 With this feature on, DLL clients can import variables from DLL
618 without any concern from their side (for example, without any source
619 code modifications).  Auto-import can be enabled using the
620 @code{--enable-auto-import} flag, or disabled via the
621 @code{--disable-auto-import} flag.  Auto-import is disabled by default.
622
623 @item
624 This is done completely in bounds of the PE specification (to be fair,
625 there's a minor violation of the spec at one point, but in practice
626 auto-import works on all known variants of that common x86 operating
627 system)  So, the resulting DLL can be used with any other PE
628 compiler/linker.
629
630 @item
631 Auto-import is fully compatible with standard import method, in which
632 variables are decorated using attribute modifiers. Libraries of either
633 type may be mixed together.
634
635 @item
636 Overhead (space): 8 bytes per imported symbol, plus 20 for each
637 reference to it; Overhead (load time): negligible; Overhead
638 (virtual/physical memory): should be less than effect of DLL
639 relocation.
640 @end enumerate
641
642 Motivation
643
644 The obvious and only way to get rid of dllimport insanity is
645 to make client access variable directly in the DLL, bypassing
646 the extra dereference imposed by ordinary DLL runtime linking.
647 I.e., whenever client contains something like
648
649 @code{mov dll_var,%eax,}
650
651 address of dll_var in the command should be relocated to point
652 into loaded DLL. The aim is to make OS loader do so, and than
653 make ld help with that.  Import section of PE made following
654 way: there's a vector of structures each describing imports
655 from particular DLL. Each such structure points to two other
656 parallel vectors: one holding imported names, and one which
657 will hold address of corresponding imported name. So, the
658 solution is de-vectorize these structures, making import
659 locations be sparse and pointing directly into code.
660
661 Implementation
662
663 For each reference of data symbol to be imported from DLL (to
664 set of which belong symbols with name <sym>, if __imp_<sym> is
665 found in implib), the import fixup entry is generated. That
666 entry is of type IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR and stored in .idata$3
667 subsection. Each fixup entry contains pointer to symbol's address
668 within .text section (marked with __fuN_<sym> symbol, where N is
669 integer), pointer to DLL name (so, DLL name is referenced by
670 multiple entries), and pointer to symbol name thunk. Symbol name
671 thunk is singleton vector (__nm_th_<symbol>) pointing to
672 IMAGE_IMPORT_BY_NAME structure (__nm_<symbol>) directly containing
673 imported name. Here comes that "om the edge" problem mentioned above:
674 PE specification rambles that name vector (OriginalFirstThunk) should
675 run in parallel with addresses vector (FirstThunk), i.e. that they
676 should have same number of elements and terminated with zero. We violate
677 this, since FirstThunk points directly into machine code. But in
678 practice, OS loader implemented the sane way: it goes thru
679 OriginalFirstThunk and puts addresses to FirstThunk, not something
680 else. It once again should be noted that dll and symbol name
681 structures are reused across fixup entries and should be there
682 anyway to support standard import stuff, so sustained overhead is
683 20 bytes per reference. Other question is whether having several
684 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTORS for the same DLL is possible. Answer is yes,
685 it is done even by native compiler/linker (libth32's functions are in
686 fact resident in windows9x kernel32.dll, so if you use it, you have
687 two IMAGE_IMPORT_DESCRIPTORS for kernel32.dll). Yet other question is
688 whether referencing the same PE structures several times is valid.
689 The answer is why not, prohibiting that (detecting violation) would
690 require more work on behalf of loader than not doing it.
691
692 @end table
693
694 @node GNU Free Documentation License
695 @chapter GNU Free Documentation License
696
697 @include fdl.texi
698
699 @contents
700 @bye