share/man/man5/link.5

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  24 .\" DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  25 .\" THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  26 .\" (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  27 .\" THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  28 .\"
  29 .\" $FreeBSD: src/share/man/man5/link.5,v 1.14.2.10 2004/05/17 11:38:55 brueffer Exp $
  30 .\" $DragonFly: src/share/man/man5/link.5,v 1.7 2008/05/02 02:05:06 swildner Exp $
  31 .\"
  32 .Dd October 23, 1993
  33 .Dt LINK 5
  34 .Os
  35 .Sh NAME
  36 .Nm link
  37 .Nd dynamic loader and link editor interface
  38 .Sh SYNOPSIS
  39 .In sys/types.h
  40 .In nlist.h
  41 .In link.h
  42 .Sh DESCRIPTION
  43 The include file
  44 .In link.h
  45 declares several structures that are present in dynamically linked
  46 programs and libraries.
  47 The structures define the interface between several components of the
  48 link-editor and loader mechanism.
  49 The layout of a number of these
  50 structures within the binaries resembles the a.out format in many places
  51 as it serves such similar functions as symbol definitions (including the
  52 accompanying string table) and relocation records needed to resolve
  53 references to external entities.
  54 It also records a number of data structures
  55 unique to the dynamic loading and linking process.
  56 These include references
  57 to other objects that are required to complete the link-editing process and
  58 indirection tables to facilitate
  59 .Em Position Independent Code
  60 (PIC for short) to improve sharing of code pages among different processes.
  61 The collection of data structures described here will be referred to as the
  62 .Em Run-time Relocation Section (RRS)
  63 and is embedded in the standard text and data segments of the dynamically
  64 linked program or shared object image as the existing
  65 .Xr a.out 5
  66 format offers no room for it elsewhere.
  67 .Pp
  68 Several utilities cooperate to ensure that the task of getting a program
  69 ready to run can complete successfully in a way that optimizes the use
  70 of system resources.
  71 The compiler emits PIC code from which shared libraries
  72 can be built by
  73 .Xr ld 1 .
  74 The compiler also includes size information of any initialized data items
  75 through the .size assembler directive.
  76 PIC code differs from conventional code
  77 in that it accesses data variables through an indirection table, the
  78 Global Offset Table, by convention accessible by the reserved name
  79 .Dv _GLOBAL_OFFSET_TABLE_ .
  80 The exact mechanism used for this is machine dependent, usually a machine
  81 register is reserved for the purpose.
  82 The rational behind this construct
  83 is to generate code that is independent of the actual load address.
  84 Only
  85 the values contained in the Global Offset Table may need updating at run-time
  86 depending on the load addresses of the various shared objects in the address
  87 space.
  88 .Pp
  89 Likewise, procedure calls to globally defined functions are redirected through
  90 the Procedure Linkage Table (PLT) residing in the data segment of the core
  91 image.
  92 Again, this is done to avoid run-time modifications to the text segment.
  93 .Pp
  94 The linker-editor allocates the Global Offset Table and Procedure Linkage Table
  95 when combining PIC object files into an image suitable for mapping into the
  96 process address space.
  97 It also collects all symbols that may be needed by the
  98 run-time link-editor and stores these along with the image's text and data bits.
  99 Another reserved symbol,
 100 .Em _DYNAMIC
 101 is used to indicate the presence of the run-time linker structures.
 102 Whenever
 103 _DYNAMIC is relocated to 0, there is no need to invoke the run-time
 104 link-editor.
 105 If this symbol is non-zero, it points at a data structure from
 106 which the location of the necessary relocation- and symbol information can
 107 be derived.
 108 This is most notably used by the start-up module,
 109 .Em crt0 .
 110 The _DYNAMIC structure is conventionally located at the start of the data
 111 segment of the image to which it pertains.
 112 .Sh DATA STRUCTURES
 113 The data structures supporting dynamic linking and run-time relocation
 114 reside both in the text and data segments of the image they apply to.
 115 The text segments contain read-only data such as symbols descriptions and
 116 names, while the data segments contain the tables that need to be modified by
 117 during the relocation process.
 118 .Pp
 119 The _DYNAMIC symbol references a
 120 .Fa _dynamic
 121 structure:
 122 .Bd -literal -offset indent
 123 struct  _dynamic {
 124         int     d_version;
 125         struct  so_debug *d_debug;
 126         union {
 127                 struct section_dispatch_table *d_sdt;
 128         } d_un;
 129         struct  ld_entry *d_entry;
 130 };
 131 .Ed
 132 .Bl -tag -width d_version
 133 .It Fa d_version
 134 This field provides for different versions of the dynamic linking
 135 implementation.
 136 The current version numbers understood by
 137 .Xr ld 1
 138 and
 139 .Xr rtld 1
 140 are
 141 .Em LD_VERSION_SUN (3) ,
 142 which is used by the
 143 .Tn SunOS
 144 4.x releases, and
 145 .Em LD_VERSION_BSD (8) ,
 146 which has been in use since
 147 .Fx 1.1 .
 148 .It Fa d_un
 149 Refers to a
 150 .Em d_version
 151 dependent data structure.
 152 .It Fa so_debug
 153 this field provides debuggers with a hook to access symbol tables of shared
 154 objects loaded as a result of the actions of the run-time link-editor.
 155 .El
 156 .Pp
 157 The
 158 .Fa section_dispatch_table
 159 structure is the main
 160 .Dq dispatcher
 161 table, containing offsets into the image's segments where various symbol
 162 and relocation information is located.
 163 .Bd -literal -offset indent
 164 struct section_dispatch_table {
 165         struct  so_map *sdt_loaded;
 166         long    sdt_sods;
 167         long    sdt_filler1;
 168         long    sdt_got;
 169         long    sdt_plt;
 170         long    sdt_rel;
 171         long    sdt_hash;
 172         long    sdt_nzlist;
 173         long    sdt_filler2;
 174         long    sdt_buckets;
 175         long    sdt_strings;
 176         long    sdt_str_sz;
 177         long    sdt_text_sz;
 178         long    sdt_plt_sz;
 179 };
 180 .Ed
 181 .Bl -tag -width sdt_filler1
 182 .It Fa sdt_loaded
 183 A pointer to the first link map loaded (see below). This field is set by
 184 .Xr rtld 1
 185 .It Fa sdt_sods
 186 The start of a (linked) list of shared object descriptors needed by
 187 .Em this
 188 object.
 189 .It Fa sdt_filler1
 190 Deprecated (used by SunOS to specify library search rules).
 191 .It Fa sdt_got
 192 The location of the Global Offset Table within this image.
 193 .It Fa sdt_plt
 194 The location of the Procedure Linkage Table within this image.
 195 .It Fa sdt_rel
 196 The location of an array of
 197 .Fa relocation_info
 198 structures
 199 (see
 200 .Xr a.out 5 )
 201 specifying run-time relocations.
 202 .It Fa sdt_hash
 203 The location of the hash table for fast symbol lookup in this object's
 204 symbol table.
 205 .It Fa sdt_nzlist
 206 The location of the symbol table.
 207 .It Fa sdt_filler2
 208 Currently unused.
 209 .It Fa sdt_buckets
 210 The number of buckets in
 211 .Fa sdt_hash
 212 .It Fa sdt_strings
 213 The location of the symbol string table that goes with
 214 .Fa sdt_nzlist .
 215 .It Fa sdt_str_sz
 216 The size of the string table.
 217 .It Fa sdt_text_sz
 218 The size of the object's text segment.
 219 .It Fa sdt_plt_sz
 220 The size of the Procedure Linkage Table.
 221 .El
 222 .Pp
 223 A
 224 .Fa sod
 225 structure describes a shared object that is needed
 226 to complete the link edit process of the object containing it.
 227 A list of such objects
 228 (chained through
 229 .Fa sod_next )
 230 is pointed at
 231 by the
 232 .Fa sdt_sods
 233 in the section_dispatch_table structure.
 234 .Bd -literal -offset indent
 235 struct sod {
 236         long    sod_name;
 237         u_int   sod_library : 1,
 238                 sod_reserved : 31;
 239         short   sod_major;
 240         short   sod_minor;
 241         long    sod_next;
 242 };
 243 .Ed
 244 .Bl -tag -width sod_library
 245 .It Fa sod_name
 246 The offset in the text segment of a string describing this link object.
 247 .It Fa sod_library
 248 If set,
 249 .Fa sod_name
 250 specifies a library that is to be searched for by
 251 .Xr rtld 1 .
 252 The path name
 253 is obtained by searching a set of directories
 254 (see also
 255 .Xr ldconfig 8 )
 256 for a shared object matching
 257 .Em lib\&<sod_name>\&.so.n.m .
 258 If not set,
 259 .Fa sod_name
 260 should point at a full path name for the desired shared object.
 261 .It Fa sod_major
 262 Specifies the major version number of the shared object to load.
 263 .It Fa sod_minor
 264 Specifies the preferred minor version number of the shared object to load.
 265 .El
 266 .Pp
 267 The run-time link-editor maintains a list of structures called
 268 .Em link maps
 269 to keep track of all shared objects loaded into a process' address space.
 270 These structures are only used at run-time and do not occur within
 271 the text or data segment of an executable or shared library.
 272 .Bd -literal -offset indent
 273 struct so_map {
 274         caddr_t som_addr;
 275         char    *som_path;
 276         struct  so_map *som_next;
 277         struct  sod *som_sod;
 278         caddr_t som_sodbase;
 279         u_int   som_write : 1;
 280         struct  _dynamic *som_dynamic;
 281         caddr_t som_spd;
 282 };
 283 .Ed
 284 .Bl -tag -width som_dynamic
 285 .It Fa som_addr
 286 The address at which the shared object associated with this link map has
 287 been loaded.
 288 .It Fa som_path
 289 The full path name of the loaded object.
 290 .It Fa som_next
 291 Pointer to the next link map.
 292 .It Fa som_sod
 293 The
 294 .Fa sod
 295 structure that was responsible for loading this shared object.
 296 .It Fa som_sodbase
 297 Tossed out in later versions of the run-time linker.
 298 .It Fa som_write
 299 Set if (some portion of) this object's text segment is currently writable.
 300 .It Fa som_dynamic
 301 Pointer to this object's
 302 .Fa _dynamic
 303 structure.
 304 .It Fa som_spd
 305 Hook for attaching private data maintained by the run-time link-editor.
 306 .El
 307 .Pp
 308 Symbol description with size.
 309 This is simply an
 310 .Fa nlist
 311 structure with one field
 312 .Pq Fa nz_size
 313 added.
 314 Used to convey size information on items in the data segment
 315 of shared objects.
 316 An array of these lives in the shared object's
 317 text segment and is addressed by the
 318 .Fa sdt_nzlist
 319 field of
 320 .Fa section_dispatch_table .
 321 .Bd -literal -offset indent
 322 struct nzlist {
 323         struct nlist    nlist;
 324         u_long          nz_size;
 325 #define nz_un           nlist.n_un
 326 #define nz_strx         nlist.n_un.n_strx
 327 #define nz_name         nlist.n_un.n_name
 328 #define nz_type         nlist.n_type
 329 #define nz_value        nlist.n_value
 330 #define nz_desc         nlist.n_desc
 331 #define nz_other        nlist.n_other
 332 };
 333 .Ed
 334 .Bl -tag -width nz_size
 335 .It Fa nlist
 336 (see
 337 .Xr nlist 3 ) .
 338 .It Fa nz_size
 339 The size of the data represented by this symbol.
 340 .El
 341 .Pp
 342 A hash table is included within the text segment of shared object
 343 to facilitate quick lookup of symbols during run-time link-editing.
 344 The
 345 .Fa sdt_hash
 346 field of the
 347 .Fa section_dispatch_table
 348 structure points at an array of
 349 .Fa rrs_hash
 350 structures:
 351 .Bd -literal -offset indent
 352 struct rrs_hash {
 353         int     rh_symbolnum;           /* symbol number */
 354         int     rh_next;                /* next hash entry */
 355 };
 356 .Ed
 357 .Bl -tag -width rh_symbolnum
 358 .It Fa rh_symbolnum
 359 The index of the symbol in the shared object's symbol table (as given by the
 360 .Fa ld_symbols
 361 field).
 362 .It Fa rh_next
 363 In case of collisions, this field is the offset of the next entry in this
 364 hash table bucket.
 365 It is zero for the last bucket element.
 366 .El
 367 The
 368 .Fa rt_symbol
 369 structure is used to keep track of run-time allocated commons
 370 and data items copied from shared objects.
 371 These items are kept on linked list
 372 and is exported through the
 373 .Fa dd_cc
 374 field in the
 375 .Fa so_debug
 376 structure (see below) for use by debuggers.
 377 .Bd -literal -offset indent
 378 struct rt_symbol {
 379         struct nzlist           *rt_sp;
 380         struct rt_symbol        *rt_next;
 381         struct rt_symbol        *rt_link;
 382         caddr_t                 rt_srcaddr;
 383         struct so_map           *rt_smp;
 384 };
 385 .Ed
 386 .Bl -tag -width rt_scraddr
 387 .It Fa rt_sp
 388 The symbol description.
 389 .It Fa rt_next
 390 Virtual address of next rt_symbol.
 391 .It Fa rt_link
 392 Next in hash bucket.
 393 Used internally by
 394 .Xr rtld 1 .
 395 .It Fa rt_srcaddr
 396 Location of the source of initialized data within a shared object.
 397 .It Fa rt_smp
 398 The shared object which is the original source of the data that this
 399 run-time symbol describes.
 400 .El
 401 .Pp
 402 The
 403 .Fa so_debug
 404 structure is used by debuggers to gain knowledge of any shared objects
 405 that have been loaded in the process's address space as a result of run-time
 406 link-editing.
 407 Since the run-time link-editor runs as a part of process
 408 initialization, a debugger that wishes to access symbols from shared objects
 409 can only do so after the link-editor has been called from crt0.
 410 A dynamically linked binary contains a
 411 .Fa so_debug
 412 structure which can be located by means of the
 413 .Fa d_debug
 414 field in
 415 .Fa _dynamic .
 416 .Bd -literal -offset indent
 417 struct  so_debug {
 418         int     dd_version;
 419         int     dd_in_debugger;
 420         int     dd_sym_loaded;
 421         char    *dd_bpt_addr;
 422         int     dd_bpt_shadow;
 423         struct rt_symbol *dd_cc;
 424 };
 425 .Ed
 426 .Bl -tag -width dd_in_debugger
 427 .It Fa dd_version
 428 Version number of this interface.
 429 .It Fa dd_in_debugger
 430 Set by the debugger to indicate to the run-time linker that the program is
 431 run under control of a debugger.
 432 .It Fa dd_sym_loaded
 433 Set by the run-time linker whenever it adds symbols by loading shared objects.
 434 .It Fa dd_bpt_addr
 435 The address where a breakpoint will be set by the run-time linker to
 436 divert control to the debugger.
 437 This address is determined by the start-up
 438 module,
 439 .Pa crt0.o ,
 440 to be some convenient place before the call to _main.
 441 .It Fa dd_bpt_shadow
 442 Contains the original instruction that was at
 443 .Fa dd_bpt_addr .
 444 The debugger is expected to put this instruction back before continuing the
 445 program.
 446 .It Fa dd_cc
 447 A pointer to the linked list of run-time allocated symbols that the debugger
 448 may be interested in.
 449 .El
 450 .Pp
 451 The
 452 .Em ld_entry
 453 structure defines a set of service routines within
 454 .Xr rtld 1 .
 455 .\" See
 456 .\" .Xr libdl.a
 457 .\" for more information.
 458 .Bd -literal -offset indent
 459 struct ld_entry {
 460         void    *(*dlopen)(char *, int);
 461         int     (*dlclose)(void *);
 462         void    *(*dlsym)(void *, char *);
 463         char    *(*dlerror)(void);
 464 };
 465 .Ed
 466 .Pp
 467 The
 468 .Fa crt_ldso
 469 structure defines the interface between the start-up code in crt0 and
 470 .Xr rtld 1 .
 471 .Bd -literal -offset indent
 472 struct crt_ldso {
 473         int             crt_ba;
 474         int             crt_dzfd;
 475         int             crt_ldfd;
 476         struct _dynamic *crt_dp;
 477         char            **crt_ep;
 478         caddr_t         crt_bp;
 479         char            *crt_prog;
 480         char            *crt_ldso;
 481         struct ld_entry *crt_ldentry;
 482 };
 483 #define CRT_VERSION_SUN         1
 484 #define CRT_VERSION_BSD_2       2
 485 #define CRT_VERSION_BSD_3       3
 486 #define CRT_VERSION_BSD_4       4
 487 .Ed
 488 .Bl -tag -width crt_dzfd
 489 .It Fa crt_ba
 490 The virtual address at which
 491 .Xr rtld 1
 492 was loaded by crt0.
 493 .It Fa crt_dzfd
 494 On SunOS systems, this field contains an open file descriptor to
 495 .Dq Pa /dev/zero
 496 used to get demand paged zeroed pages.
 497 On
 498 .Dx
 499 systems it contains -1.
 500 .It Fa crt_ldfd
 501 Contains an open file descriptor that was used by crt0 to load
 502 .Xr rtld 1 .
 503 .It Fa crt_dp
 504 A pointer to main's
 505 .Fa _dynamic
 506 structure.
 507 .It Fa crt_ep
 508 A pointer to the environment strings.
 509 .It Fa crt_bp
 510 The address at which a breakpoint will be placed by the run-time linker
 511 if the main program is run by a debugger.
 512 See
 513 .Fa so_debug
 514 .It Fa crt_prog
 515 The name of the main program as determined by crt0 (CRT_VERSION_BSD3 only).
 516 .It Fa crt_ldso
 517 The path of the run-time linker as mapped by crt0 (CRT_VERSION_BSD4 only).
 518 .El
 519 .Pp
 520 The
 521 .Fa hints_header
 522 and
 523 .Fa hints_bucket
 524 structures define the layout of the library hints, normally found in
 525 .Dq Pa /var/run/ld-elf.so.hints ,
 526 which is used by
 527 .Xr rtld 1
 528 to quickly locate the shared object images in the
 529 filesystem.
 530 The organization of the hints file is not unlike that of an
 531 .Dq a.out
 532 object file, in that it contains a header determining the offset and size
 533 of a table of fixed sized hash buckets and a common string pool.
 534 .Bd -literal -offset indent
 535 struct hints_header {
 536         long            hh_magic;
 537 #define HH_MAGIC        011421044151
 538         long            hh_version;
 539 #define LD_HINTS_VERSION_1      1
 540         long            hh_hashtab;
 541         long            hh_nbucket;
 542         long            hh_strtab;
 543         long            hh_strtab_sz;
 544         long            hh_ehints;
 545 };
 546 .Ed
 547 .Bl -tag -width hh_strtab_sz
 548 .It Fa hh_magic
 549 Hints file magic number.
 550 .It Fa hh_version
 551 Interface version number.
 552 .It Fa hh_hashtab
 553 Offset of hash table.
 554 .It Fa hh_strtab
 555 Offset of string table.
 556 .It Fa hh_strtab_sz
 557 Size of strings.
 558 .It Fa hh_ehints
 559 Maximum usable offset in hints file.
 560 .El
 561 .Bd -literal -offset indent
 562 /*
 563  * Hash table element in hints file.
 564  */
 565 struct hints_bucket {
 566         int             hi_namex;
 567         int             hi_pathx;
 568         int             hi_dewey[MAXDEWEY];
 569         int             hi_ndewey;
 570 #define hi_major hi_dewey[0]
 571 #define hi_minor hi_dewey[1]
 572         int             hi_next;
 573 };
 574 .Ed
 575 .Bl -tag -width hi_ndewey
 576 .It Fa hi_namex
 577 Index of the string identifying the library.
 578 .It Fa hi_pathx
 579 Index of the string representing the full path name of the library.
 580 .It Fa hi_dewey
 581 The version numbers of the shared library.
 582 .It Fa hi_ndewey
 583 The number of valid entries in
 584 .Fa hi_dewey .
 585 .It Fa hi_next
 586 Next bucket in case of hashing collisions.
 587 .El
 588 .Sh CAVEATS
 589 Only the (GNU) C compiler currently supports the creation of shared libraries.
 590 Other programming languages cannot be used.