Last Updated: 2023-06-26 09:26:12 Monday
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可执行ELF文件的.bss section仅存放未初始化的全局变量和静态变量的总大小，还有这个section的虚拟地址！指令中，已经计算出了存放在.bss中的变量的地址。
将section翻译为段，那么segment翻译成什么呢？因此很多时候，我直接用英文了。
所谓未初始化，就是全局变量或静态变量，在源代码中没有赋初值，这些变量在程序被加载的时候，OS保证将他们初始化为0。如果变量（全局或静态）在源代码中初始化为0，也有可能被编译器认定为没有初始化，计入.bss段以节省硬盘空间。
.bss段只存放一个总的大小，这个大小的空间在程序被OS加载的时候保证初始化为0，这样做的目的是为了减少目标文件的大小，减少磁盘占用，也加快程序加载速度。试想一个几百兆的数组，如果代码初始化不为0，光这个数组占用的文件大小就有几百兆，全部读入内存会非常耗时。因此，如果逻辑上允许，就不要对这样大的数据结构进行初始化，在程序加载的时候，统一初始化为0，然后代码在使用此数据结构的时候，再做初始化处理。
.bss不占据实际的磁盘空间，只有一个section，在section中记录了大小和起始虚拟地址。
size命令看到的bss段大小，其实是bss section的值（section header中记录的size）。size命令统计的其实是程序加载到内存时，.text，.data和.bss占用的大小（比实际需要的size小一些，还有.rodata等也需要load进内存）。
下面通过一个case，我们来分析一下.bss section涉及的所有细节。使用的代码如下：
#include <stdio.h>
int a;
static int b;
int c = 3;
void f(){
static int d;
static int e = 5;
printf("%d %d\n", d, e);
}
int main(){
printf("%d %d %d\n", a,b,c);
f();
return 0;
}
编译后，看看.bss section的信息：
$ gcc -c test.c -o test.o
$ readelf -S test.o
...
[ 4] .bss NOBITS 0000000000000000 000000a4
000000000000000c 0000000000000000 WA 0 0 4
...
$ size test.o
text data bss dec hex filename
245 8 12 265 109 test.o
变量a，b，d都会进入.bss，它们有12bytes。
再看一下符号表，链接不能没有符号表：
Symbol table '.symtab' contains 14 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS test.c
2: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1 .text
3: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3 .data
4: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4 .bss
5: 0000000000000004 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 4 b
6: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5 .rodata
7: 0000000000000004 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 3 e.1
8: 0000000000000008 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 4 d.0
9: 0000000000000000 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 4 a
10: 0000000000000000 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 3 c
11: 0000000000000000 36 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 f
12: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND printf
13: 0000000000000024 56 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 main
a，b，d三个变量在Value部分，表示偏移（相对于.bss的偏移，Ndx=4，这就相当于是在分配地址了，当.bss地址确定，这几个变量的位置也就确定），他们的size都是4字节。有这两个信息，就可以定位链接之后这3个变量的地址。链接后：
$ gcc test.c -o test
$ readelf -S test
...
[25] .bss NOBITS 000000000040402c 0000302c
0000000000000014 0000000000000000 WA 0 0 4
...
.bss section的地址为0x40402c，长度变成20了，链接进来其它未初始化的全局变量。
反汇编看看：
$ objdump -M intel -d --disassemble=main test
000000000040114a <main>:
40114a: 55 push rbp
40114b: 48 89 e5 mov rbp,rsp
40114e: 8b 0d d0 2e 00 00 mov ecx,DWORD PTR [rip+0x2ed0] # 404024 <c>
401154: 8b 15 da 2e 00 00 mov edx,DWORD PTR [rip+0x2eda] # 404034 <b>
40115a: 8b 05 d0 2e 00 00 mov eax,DWORD PTR [rip+0x2ed0] # 404030 <a>
401160: 89 c6 mov esi,eax
401162: bf 17 20 40 00 mov edi,0x402017
401167: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
40116c: e8 bf fe ff ff call 401030 <printf@plt>
401171: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
401176: e8 ab ff ff ff call 401126 <f>
40117b: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
401180: 5d pop rbp
401181: c3 ret
$ objdump -M intel -d --disassemble=f test
0000000000401126 <f>:
401126: 55 push rbp
401127: 48 89 e5 mov rbp,rsp
40112a: 8b 15 f8 2e 00 00 mov edx,DWORD PTR [rip+0x2ef8] # 404028 <e.1>
401130: 8b 05 02 2f 00 00 mov eax,DWORD PTR [rip+0x2f02] # 404038 <d.0>
401136: 89 c6 mov esi,eax
401138: bf 10 20 40 00 mov edi,0x402010
40113d: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0
401142: e8 e9 fe ff ff call 401030 <printf@plt>
401147: 90 nop
401148: 5d pop rbp
401149: c3 ret
这5个变量的地址如下：
# 404024 <c>
# 404034 <b>
# 404030 <a>
# 404028 <e.1>
# 404038 <d.0>
函数内部的static变量被轻微修饰过，这是因为有可能其它函数内部也定义了同名static变量，这样可以将他们区分开来。
有初始值的变量c和e，它两的地址都小于0x40402c，这说明它两在.data内。而未初始化的变量a,b和d，它们的地址都大于0x40402c，这说明它们在.bss内。（.bss紧跟在.data后面）
.bss section中数据的空间分配和初始化到底是如何进行的？这是最困惑的地方...
程序加载是按segment走，segment由多个地址连续，权限相同section组合而成，这样设计是为了节省内存，如果section的size不大，多个section可以共享page。我们来看看segment信息：
$ readelf -l test
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr
FileSiz MemSiz Flags Align
...
LOAD 0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
0x0000000000000510 0x0000000000000510 R 0x1000
LOAD 0x0000000000001000 0x0000000000401000 0x0000000000401000
0x0000000000000191 0x0000000000000191 R E 0x1000
LOAD 0x0000000000002000 0x0000000000402000 0x0000000000402000
0x0000000000000104 0x0000000000000104 R 0x1000
LOAD 0x0000000000002e10 0x0000000000403e10 0x0000000000403e10
0x000000000000021c 0x0000000000000230 RW 0x1000
...
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
...
05 .init_array .fini_array .dynamic .got .got.plt .data .bss
...
有4个load，最后那个RW的segment，包含了从.init_array到.bss。因此这个segment的起始地址为0x403e10，它刚好是.init_array的地址。因此，这个segment的size是0x230，它刚好是所有包含的section的size总和。OK，这里就是魔鬼细节了。.bss的size被加到了这个segment的size中去了，这就是.bss的空间分配了！当这个segment被load进内存的某个page中去的过程中，OS要对这个page清零（凭直觉猜的，或者按照segment的size清零，或者只对.bss那一部分清零...），然后按序将这几个section的内容copy进入page，因为.bss在最后面（它只能在最后，因为这个section只有header，没有内容），这相当于.bss所需要的那块地方，被清零了！这部分的处理，还是很精妙的...
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