GCC：-static 和 -pie 与 x86 不兼容？

Question

我正在为 Android 5.0 重新编译一些可执行文件，因为它要求可执行文件是

PIE

。我能够为

ARM

重新编译它，只需在配置时添加一些参数（使用独立工具链）：

export CFLAGS="-I/softdev/arm-libs/include -fPIE"
export CPPLAGS="$CPPFLAGS -fPIE"
export CXXLAGS="$CXXFLAGS -fPIE"
export LDFLAGS="-L/softdev/arm-libs/lib -static -fPIE -pie"

ARM 没有错误：

configure:3406: arm-linux-androideabi-gcc -o conftest -I/softdev/arm-libs/include -fPIE  -L/softdev/arm-libs/lib -static -fPIE -pie conftest.c  >&5
configure:3410: $? = 0

但是我无法为

x86

做同样的事情，因为我遇到了错误：

export CFLAGS="-I/softdev/x86-libs/include -fPIE"
export CPPLAGS="$CPPFLAGS -fPIE"
export CXXLAGS="$CXXFLAGS -fPIE"
export LDFLAGS="-L/softdev/x86-libs/lib -static -fPIE -pie"

错误：

configure:3336: i686-linux-android-gcc -I/softdev/x86-libs/include -fPIE  -L/softdev/x86-libs/lib -static -fPIE -pie conftest.c  >&5
/softdev/x86-toolchain-gcc4.8/bin/../lib/gcc/i686-linux-android/4.8/../../../../i686-linux-android/bin/ld: fatal error: -pie and -static are incompatible
collect2: error: ld returned 1 exit status
configure:3340: $? = 1

我需要静态链接可执行文件。出了什么问题，我该如何解决？

附言。还尝试使用来自 android ndk r9d 和 r10c 的 x86 独立工具链：

./make-standalone-toolchain.sh --toolchain=x86-4.8 --arch=x86 --install-dir=/softdev/x86-toolchain-gcc4.8-r9d --ndk-dir=/softdev/android-ndk-r9d/ --system=darwin-x86_64

Answer 1

如 n4sm 所述，gcc-8 或更高版本支持

-static-pie

，它使用 PIE 生成静态二进制文件。请注意，这是一个选项，而不是两个。如果你尝试使用

-static -pie

它不会按照你的想法去做。

我刚刚用 te.c 中的休假做了快速测试：

int main( int argc, const char* argv[] )
{
   return 0;
}

运行

arm-linux-androideabi-gcc -o conftest -static -FPIE -pie te.c

不会产生错误。然而

file -k conftest

输出

conftest: ELF 32-bit LSB shared object, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), not stripped

readelf -l conftest

输出 Elf文件类型为DYN（共享对象文件） 入口点 0x500 有 7 个程序头，从偏移量 52

开始

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  PHDR           0x000034 0x00000034 0x00000034 0x000e0 0x000e0 R   0x4
  INTERP         0x000114 0x00000114 0x00000114 0x00013 0x00013 R   0x1
      [Requesting program interpreter: /system/bin/linker]
...

PHDR 和 INTERP 标头的存在表明 -pie 在 arm 编译器中默默地覆盖了 -static。为什么这是我不知道的，但我认为这是一个错误，当 -static 和 -pie 一起使用时没有给出警告。相反，像您这样的程序员会产生一种错误的印象，即这两个选项可以一起用于 arm。

只是为了澄清这里唯一的行为差异是 x86 编译器在同时看到 --static 和 --pie 时出错，而 arm 版本在给出 --pie 时默默地忽略 --static。如果只给出其中一个，则两个编译器的行为是相同的。

Answer 2

如果-pie 和-static 同时给出，gcc 会报意外错误。

馅饼

在支持它的目标上生成位置无关的可执行文件。为了获得可预测的结果，您还必须在指定此链接器选项时指定用于编译的同一组选项（-fpie、-fPIE 或模型子选项）。

-pie 实际上用 INTERP 和 /system/bin/linker 创建一个 DYN 类型的 elf 文件

-静态

在支持动态链接的系统上，这会阻止与共享库的链接。在其他系统上，此选项无效。

-static 创建一个没有 INTERP 的 EXEC 类型的 elf 文件

Answer 3

现在可以直接使用 -static-pie 选项了！

例如：

#include <stdio.h>

/* /tmp/test.c */

int main(int argc, char **argv) { 
    printf("Hello world!\n"); 
}

您只需使用 -static-pie 选项：

gcc /tmp/test.c -static-pie -o /tmp/test

有了 readelf，我们得到了这个：

  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000008158 0x0000000000008158  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000009000 0x0000000000009000 0x0000000000009000
                 0x000000000009473d 0x000000000009473d  R E    0x1000
  LOAD           0x000000000009e000 0x000000000009e000 0x000000000009e000
                 0x00000000000284b8 0x00000000000284b8  R      0x1000
  LOAD           0x00000000000c6de0 0x00000000000c7de0 0x00000000000c7de0
                 0x0000000000005370 0x0000000000006a80  RW     0x1000
  DYNAMIC        0x00000000000c9c18 0x00000000000cac18 0x00000000000cac18
                 0x00000000000001b0 0x00000000000001b0  RW     0x8
  NOTE           0x00000000000002e0 0x00000000000002e0 0x00000000000002e0
                 0x0000000000000020 0x0000000000000020  R      0x8
  NOTE           0x0000000000000300 0x0000000000000300 0x0000000000000300
                 0x0000000000000044 0x0000000000000044  R      0x4
  TLS            0x00000000000c6de0 0x00000000000c7de0 0x00000000000c7de0
                 0x0000000000000020 0x0000000000000060  R      0x8
  GNU_PROPERTY   0x00000000000002e0 0x00000000000002e0 0x00000000000002e0
                 0x0000000000000020 0x0000000000000020  R      0x8
  GNU_EH_FRAME   0x00000000000ba130 0x00000000000ba130 0x00000000000ba130
                 0x0000000000001c8c 0x0000000000001c8c  R      0x4
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     0x10
  GNU_RELRO      0x00000000000c6de0 0x00000000000c7de0 0x00000000000c7de0
                 0x0000000000003220 0x0000000000003220  R      0x1

我不知道从什么时候我们可以使用这个选项，但对我来说，我正在使用

gcc (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0 

Answer 4

Google 的 NDK 工具包含一些关于 PIE 使用的信息。 访问 build/core/build-binary.mk，查看第 209 行。它说：

# 为超出特定 API 级别的可执行文件启用 PIE，除非“-static”

我猜，这是linux动态链接原理的极限。 由于Android解释器（/system/bin/linker）决定在静态链接文件中加载哪个地址的elf文件没有解释器，elf文件会被linux内核映射到内存中成为一个固定的地址。 这是关于此更改的讨论Google问题

如果我有任何错误，请指出:)