Linux 內核鏈接腳本 vmlinux.lds 格式詳解與架構適配

vmlinux.lds 是 Linux 內核鏈接階段的核心腳本，定義內核映像的虛擬地址佈局、段屬性、符號邊界。位於 arch/<arch>/kernel/vmlinux.lds.S，通過預處理器生成最終 vmlinux.lds，再由鏈接器 ld 解析。本文以 ARM 架構為例，解析通用模板 asm-generic/vmlinux.lds.h 的宏定義與段組織邏輯。

一、 鏈接腳本核心結構

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-bigarm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(stext)                    /* 內核入口點 */

SECTIONS
{
    . = TEXT_OFFSET;            /* 內核加載地址，ARM 通常 0x80008000 */
    
    /* ===== 初始化段（啟動後可釋放）===== */
    __init_begin = .;
    HEAD_TEXT_SECTION           /* head.S 入口代碼 */
    INIT_TEXT_SECTION(PAGE_SIZE)/* .text.init 初始化函數 */
    INIT_DATA_SECTION(...)      /* .data.init 初始化數據 */
    PERCPU(PAGE_SIZE)           /* per-CPU 變量 */
    __init_end = .;

    /* ===== 正文段（只讀代碼）===== */
    _stext = .;
    TEXT_SECTION = 0            /* .text 普通代碼 */
    _etext = .;

    /* ===== 數據段 ===== */
    _sdata = .;
    RO_DATA_SECTION(PAGE_SIZE)  /* .rodata 只讀數據 */
    RW_DATA_SECTION(...)        /* .data 可讀寫數據 */
    _edata = .;

    /* ===== 特殊段 ===== */
    EXCEPTION_TABLE(...)        /* 異常表 */
    NOTES                       /* 構建元數據 */

    /* ===== BSS 段（零初始化）===== */
    BSS_SECTION(0, 0, 0)
    _end = .;                   /* 內核映像結束地址 */

    /* ===== 調試信息 ===== */
    STABS_DEBUG
    DWARF_DEBUG

    /* ===== 丟棄段 ===== */
    DISCARDS                    /* 必須放最後：.exit.text, .comment 等 */
}

二、 關鍵宏定義（vmlinux.lds.h）

三、 關鍵符號與地址邊界

• __init_begin / __init_end：初始化段範圍，free_initmem() 釋放。
• _stext / _etext：代碼段邊界，kallsyms、模塊加載器校驗用。
• _sdata / _edata：已初始化數據段邊界。
• _end：內核映像物理結束地址，啟動分配器起始位置。
• __initramfs_start / __initramfs_end：內嵌 initramfs 範圍。
• __nosave_begin / __nosave_end：休眠不保存內存區域。

四、 架構適配要點

1. TEXT_OFFSET：內核加載物理地址。ARM 通常 0x80008000（物理 0x80000000 + 0x8000），x86 為 0x100000。
2. PAGE_SIZE：頁大小對齊參數，ARM 4KB，某些架構 64KB/16KB。
3. 輸出格式：OUTPUT_FORMAT 指定 ELF 類型（32/64 位、大小端）。
4. 入口點：ENTRY(stext) 對應 arch/arm/kernel/head.S 入口標號。
5. 模塊段：arch/arm/kernel/module.lds 定義模塊鏈接佈局。

五、 調試與驗證

# 查看生成的鏈接腳本
cat vmlinux.lds

# 反彙編驗證段分佈
objdump -h vmlinux | head -30

# 關鍵符號地址
nm vmlinux | grep -E '^(__init_begin|_stext|_end|_sdata)'

六、 常見問題

• 段溢出：.text 超過架構限制（如 ARM 32MB），需調整 CONFIG_KERNEL_TEXT_OFFSET 或啟用 CONFIG_RELOCATABLE。
• 對齊故障：PERCPU、RO_DATA 未按 PAGE_SIZE 對齊導致頁屬性衝突。
• 符號缺失：__initcall_start 未正確收集，檢查 initcall 宏定義。