Linking ও Relocation — ভাঙা address জোড়া লাগানো

লিংকারের হাত নিজে লাগাব — দুইটা .o, শুধু .text, শুধু PC-relative call। ইনপুট:

# start.s — ভবিষ্যতের entry point
    .text
    .globl _start
_start:
    movl $7, %edi
    call bump               # নাম আছে, জায়গা নেই
    movl %eax, %edi
    movl $60, %eax          # sys_exit
    syscall

# bump.s — ৭-এর পরের সংখ্যা
    .text
    .globl bump
bump:
    leal 1(%rdi), %eax
    ret

as start.s -o start.o        # অথবা: gcc -c start.s
as bump.s  -o bump.o
readelf -r start.o           # ... R_X86_64_PLT32  bump - 4 ← ভাঙা ঘর

এবার লিংকার (~120 লাইন):

from elftools.elf.elffile import ELFFile
import struct, sys

BASE = 0x400000
PT_LOAD, ET_EXEC, EM_X86_64 = 1, 2, 62
PF_X, PF_R = 1, 4

def load_obj(path):
    """.o থেকে .text bytes, symbols, relocations তুলে আনে"""
    with open(path, 'rb') as f:
        elf = ELFFile(f)
        text = elf.get_section_by_name('.text').data()
        syms = {}
        symtab = elf.get_section_by_name('.symtab')
        for s in symtab.iter_symbols():
            if (s.name and s['st_shndx'] != 'SHN_UNDEF'
                    and s['st_info']['type'] == 'STT_FUNC'
                    and s['st_info']['bind'] == 'STB_GLOBAL'):
                syms[s.name] = s['st_value']
        relocs = []
        for sec in elf.iter_sections():
            if sec.header['sh_type'] == 'SHT_RELA':
                for r in sec.iter_relocations():
                    sym = symtab.get_symbol(r['r_info_sym'])
                    relocs.append((r['r_offset'], r['r_info_type'],
                                   sym.name, r['r_addend']))
    return text, syms, relocs

objs = [load_obj(p) for p in sys.argv[1:3]]

# ধাপ ১ — layout: প্রতিটা .text-এর ভবিষ্যৎ ঠিকানা ঠিক করা
offsets, cursor = [], 0x100          # প্রথম 0x100 byte: দুইটা header
for text, _, _ in objs:
    cursor = (cursor + 15) // 16 * 16    # ১৬-এ align
    offsets.append(cursor)
    cursor += len(text)

# ধাপ ২ — symbol resolution: নাম → চূড়ান্ত ঠিকানা
defined = {}
for (text, syms, _), off in zip(objs, offsets):
    for name, val in syms.items():
        if name in defined:
            sys.exit(f"multiple definition of {name!r}")
        defined[name] = BASE + off + val

# ধাপ ৩ — merge .text এক বড় image-এ
image = bytearray(cursor)
for (text, _, _), off in zip(objs, offsets):
    image[off:off + len(text)] = text

# ধাপ ৪ — relocation: S + A − P দিয়ে ৪ byte patch
patched = 0
for (text, _, relocs), off in zip(objs, offsets):
    for r_offset, rtype, name, addend in relocs:
        if rtype not in (2, 4):      # R_X86_64_PC32 / PLT32
            sys.exit(f"অসমর্থিত type {rtype} ({name})")
        if name not in defined:
            sys.exit(f"undefined reference to {name!r}")
        S = defined[name]
        P = BASE + off + r_offset
        rel = (S + addend - P) & 0xFFFFFFFF
        site = off + r_offset
        image[site:site + 4] = struct.pack('I', rel)
        patched += 1

# ধাপ ৫ — executable emit: header দুটোই image-এর প্রথম 0x100 byte-এ
entry = defined['_start']
ehdr = b'\x7fELF' + bytes([2, 1, 1, 0]) + b'\x00' * 8
ehdr += struct.pack('HHIQQQIHHHHHH',
                    ET_EXEC, EM_X86_64, 1,
                    entry, 64, 0, 0,
                    64, 56, 1, 0, 0, 0)
phdr = struct.pack('IIQQQQQQ',
                   PT_LOAD, PF_R | PF_X, 0, BASE, BASE,
                   len(image), len(image), 0x1000)
image[0:len(ehdr)] = ehdr
image[len(ehdr):len(ehdr) + len(phdr)] = phdr
# এখন সার্বিক নিয়ম: file offset X ↔ virtual address BASE + X

out = sys.argv[3] if len(sys.argv) > 3 else 'mini'
with open(out, 'wb') as f:
    f.write(bytes(image))
import os
os.chmod(out, 0o755)
print(f"লিংক শেষ: {patched}টি relocation patch, entry={entry:#x}")

python3 minilink.py start.o bump.o mini
# লিংক শেষ: 1টি relocation patch, entry=0x400100
./mini; echo "exit=$?"
# exit=8

চলল — bump(7)=8 exit code-এ। ভাঙা ঘরে কী বসল, নিজের চোখে:

$ xxd -s 0x100 -l 24 mini
00000100: bf07 0000 00e8 1600 0000 89c7 b83c 0000
                        ^^^^^^^^^^^^
                        call-এর rel32 = 0x00000016 = 22

হাতে যাচাই: bump=0x400120, P=0x400106 → S+A−P = 0x400120−4−0x400106 = 22; execution-এ next-instruction 0x40010a + 22 = 0x400120 — ঠিক bump। এই চার byte-ই linking-এর হৃদস্পন্দন।

নিজে বাড়ান:

1. .data merge + R_X86_64_64 (ABS64): .quad bump-এর জন্য S + A নিজে বাস্তবায়ন করুন
2. ইচ্ছা করে ভাঙুন — bump.o বাদ (আপনার undefined reference message), দুইটা start.o (multiple definition)
3. readelf -h/-l mini দিয়ে নিজের header ফিল্ড হাতে যাচাই — e_type, e_entry, PT_LOAD p_vaddr