Asignar o ajustar direcciones en tiempo de ejecución
La reubicación es el proceso de asignar direcciones de carga para código y datos dependientes de la posición de un programa y ajustar el código y los datos para reflejar las direcciones asignadas. [1] [2] Antes de la llegada de los sistemas multiproceso, y todavía en muchos sistemas integrados, las direcciones de los objetos son absolutas comenzando en una ubicación conocida, a menudo cero. Dado que los sistemas multiprocesamiento se vinculan y cambian dinámicamente entre programas, se hizo necesario poder reubicar objetos utilizando código independiente de la posición . Un enlazador generalmente realiza la reubicación junto con la resolución de símbolos , el proceso de búsqueda de archivos y bibliotecas para reemplazar referencias simbólicas o nombres de bibliotecas con direcciones utilizables reales en la memoria antes de ejecutar un programa.
La reubicación normalmente la realiza el enlazador en el momento del enlace , pero también puede realizarse en el momento de la carga mediante un cargador que la reubica , o en el momento de la ejecución mediante el propio programa que se está ejecutando . Algunas arquitecturas evitan la reubicación por completo al posponer la asignación de direcciones al momento de la ejecución; como, por ejemplo, en máquinas de pila con aritmética de direcciones cero o en algunas arquitecturas segmentadas donde cada unidad de compilación se carga en un segmento separado.
La tabla de reubicación es una lista de punteros creada por el traductor (un compilador o ensamblador ) y almacenada en el objeto o archivo ejecutable. Cada entrada en la tabla, o "corrección", es un puntero a una dirección absoluta en el código objeto que debe cambiarse cuando el cargador reubica el programa para que haga referencia a la ubicación correcta. Las correcciones están diseñadas para admitir la reubicación del programa como una unidad completa. En algunos casos, cada corrección en la tabla es en sí misma relativa a una dirección base de cero, por lo que las correcciones en sí mismas deben cambiarse a medida que el cargador se mueve a través de la tabla. [2]
En algunas arquitecturas, una corrección que cruza ciertos límites (como un límite de segmento) o que no está alineada con un límite de palabra es ilegal y el enlazador la marca como un error. [3]
DOS y Windows de 16 bits
Los punteros lejanos ( punteros de 32 bits con segmento :offset, utilizados para direccionar un espacio de memoria de 20 bits y 640 KB disponible para programas DOS ), que apuntan a código o datos dentro de un ejecutable DOS ( EXE ), no tienen segmentos absolutos, porque la dirección real del código o los datos depende de dónde se carga el programa en la memoria y esto no se sabe hasta que se carga el programa.
En cambio, los segmentos son valores relativos en el archivo EXE de DOS. Estos segmentos deben corregirse cuando el ejecutable se ha cargado en la memoria. El cargador de EXE utiliza una tabla de reubicación para encontrar los segmentos que deben ajustarse.
Windows de 32 bits
Con sistemas operativos Windows de 32 bits, no es obligatorio proporcionar tablas de reubicación para archivos EXE, ya que son la primera imagen cargada en el espacio de direcciones virtuales y, por lo tanto, se cargarán en su dirección base preferida.
Al ejecutar binarios nativos de 64 bits en Windows Vista y superiores, ASLR es obligatorio [ cita requerida ] y, por lo tanto, el compilador no puede omitir las secciones de reubicación.
Sistemas tipo Unix
El formato ejecutable y enlazable (ELF) y el formato de biblioteca compartida utilizados por la mayoría de los sistemas tipo Unix permiten definir varios tipos de reubicación. [4]
Procedimiento de reubicación
El enlazador lee la información del segmento y las tablas de reubicación en los archivos de objeto y realiza la reubicación mediante:
fusionar todos los segmentos de tipo común en un solo segmento de ese tipo
asignar direcciones de tiempo de ejecución únicas a cada sección y a cada símbolo, dando a todos los códigos (funciones) y datos (variables globales) direcciones de tiempo de ejecución únicas [ aclaración necesaria ]
haciendo referencia a la tabla de reubicación para modificar [ ¿por qué? ] las referencias de símbolos para que apunten a las [ aclaración necesaria ] direcciones de tiempo de ejecución correctas.
Ejemplo
El siguiente ejemplo utiliza la arquitectura MIX de Donald Knuth y el lenguaje ensamblador MIXAL. Los principios son los mismos para cualquier arquitectura, aunque los detalles pueden cambiar.
(A) El programa SUBR se compila para producir el archivo de objeto (B), que se muestra como código de máquina y ensamblador. El compilador puede iniciar el código compilado en una ubicación arbitraria, a menudo la ubicación 1, como se muestra. La ubicación 13 contiene el código de máquina para la instrucción de salto a la instrucción ST en la ubicación 5.
(C) Si SUBR se vincula posteriormente con otro código, se puede almacenar en una ubicación distinta de 1. En este ejemplo, el enlazador lo coloca en la ubicación 120. La dirección en la instrucción de salto, que ahora está en la ubicación 133, se debe reubicar para apuntar a la nueva ubicación del código para la instrucción ST , ahora 125. [1 61 que se muestra en la instrucción es la representación del código de máquina MIX de 125].
(D) Cuando el programa se carga en la memoria para ejecutarse, puede cargarse en una ubicación distinta a la asignada por el enlazador. Este ejemplo muestra que SUBR ahora está en la ubicación 300. La dirección en la instrucción de salto, ahora en 313, necesita reubicarse nuevamente para que apunte a la ubicación actualizada de ST , 305. [4 49 es la representación de la máquina MIX de 305].
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Lectura adicional
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