理解bss段为啥不占磁盘空间

elf文件中的.bss段,存放未初始化的全局变量,将.data和.bss分开的理由是为了节约磁盘空间,.bss不占实际的磁盘空间,为什么.bss不占磁盘空间呢?

#include <stdio.h>
int a[1000];
int b[1000] = {1};
int main()
{
    printf("123\n");
    return 0;
}

这里编写了一个test.c文件,gcc编译gcc test.c -o test之后,使用ls -l test 命令就可以得到可执行文件的信息,文件的带下为12696

 ls -l test
-rwxrwxr-x 1 xxx xxx 12696 Dec  1 01:04 test

size test
   text    data     bss     dec     hex filename
   1174    4568    4032    9774    262e test

接着我们修改源程序:

#include <stdio.h>
int a[1000] = {1};
int b[1000] = {1};
int main()
{
    printf("123\n");
    return 0;
}
 ls -l test         
-rwxrwxr-x 1 xxx xxx 16696 Dec  1 01:09 test

size test
   text    data     bss     dec     hex filename
   1174    8568       8    9750    2616 test

可以看到大小从12696变成了16696,与之前相比,该文件占据的大小涨了4000字节,这不就是我们的数组a[1000]的大小吗?我们所在的改动仅仅是初始化了a[1000],让这个数组的所在段从.bss段改到了.data段。通过size test命令查看bss段的大小也减小了。这就证明了.bss段中的数据并没有占据磁盘空间,从而节约了磁盘的空间。linux环境下的c语言,初始值为零和没有赋初始值的变量放在BSS段,因为这些值都是零,所以就不需要放到文件里面,等程序加载的时候再赋值就好了
int a[1000]既然不占据实际的磁盘空间(是指不占据应该分配的内存大小),那么它的大小和符号存在哪呢?
.bss段占据的大小存放在ELF文件格式中的段表(Section Table)中,段表存放了各个段的各种信息,比如段的名字、段的类型、段在elf文件中的偏移、段的大小等信息。 我们可以通过命令readelf -S test来查看test可执行文件的段表:

There are 31 section headers, starting at offset 0x3978:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .interp           PROGBITS         0000000000400238  00000238
       000000000000001c  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 2] .note.ABI-tag     NOTE             0000000000400254  00000254
       0000000000000020  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 3] .note.gnu.build-i NOTE             0000000000400274  00000274
       0000000000000024  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 4] .gnu.hash         GNU_HASH         0000000000400298  00000298
       000000000000001c  0000000000000000   A       5     0     8
  [ 5] .dynsym           DYNSYM           00000000004002b8  000002b8
       0000000000000060  0000000000000018   A       6     1     8
  [ 6] .dynstr           STRTAB           0000000000400318  00000318
       000000000000003d  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 7] .gnu.version      VERSYM           0000000000400356  00000356
       0000000000000008  0000000000000002   A       5     0     2
  [ 8] .gnu.version_r    VERNEED          0000000000400360  00000360
       0000000000000020  0000000000000000   A       6     1     8
  [ 9] .rela.dyn         RELA             0000000000400380  00000380
       0000000000000018  0000000000000018   A       5     0     8
  [10] .rela.plt         RELA             0000000000400398  00000398
       0000000000000030  0000000000000018  AI       5    24     8
  [11] .init             PROGBITS         00000000004003c8  000003c8
       000000000000001a  0000000000000000  AX       0     0     4
  [12] .plt              PROGBITS         00000000004003f0  000003f0
       0000000000000030  0000000000000010  AX       0     0     16
  [13] .plt.got          PROGBITS         0000000000400420  00000420
       0000000000000008  0000000000000000  AX       0     0     8
  [14] .text             PROGBITS         0000000000400430  00000430
       0000000000000182  0000000000000000  AX       0     0     16
  [15] .fini             PROGBITS         00000000004005b4  000005b4
       0000000000000009  0000000000000000  AX       0     0     4
  [16] .rodata           PROGBITS         00000000004005c0  000005c0
       0000000000000008  0000000000000000   A       0     0     4
  [17] .eh_frame_hdr     PROGBITS         00000000004005c8  000005c8
       0000000000000034  0000000000000000   A       0     0     4
  [18] .eh_frame         PROGBITS         0000000000400600  00000600
       00000000000000f4  0000000000000000   A       0     0     8
  [19] .init_array       INIT_ARRAY       0000000000600e10  00000e10
       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
  [20] .fini_array       FINI_ARRAY       0000000000600e18  00000e18
       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
  [21] .jcr              PROGBITS         0000000000600e20  00000e20
       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     8
  [22] .dynamic          DYNAMIC          0000000000600e28  00000e28
       00000000000001d0  0000000000000010  WA       6     0     8
  [23] .got              PROGBITS         0000000000600ff8  00000ff8
       0000000000000008  0000000000000008  WA       0     0     8
  [24] .got.plt          PROGBITS         0000000000601000  00001000
       0000000000000028  0000000000000008  WA       0     0     8
  [25] .data             PROGBITS         0000000000601040  00001040
       0000000000001f60  0000000000000000  WA       0     0     32
  [26] .bss              NOBITS           0000000000602fa0  00002fa0
       0000000000000008  0000000000000000  WA       0     0     1
  [27] .comment          PROGBITS         0000000000000000  00002fa0
       0000000000000035  0000000000000001  MS       0     0     1
  [28] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00003865
       000000000000010c  0000000000000000           0     0     1
  [29] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  00002fd8
       0000000000000678  0000000000000018          30    47     8
  [30] .strtab           STRTAB           0000000000000000  00003650
       0000000000000215  0000000000000000           0     0     1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), l (large)
  I (info), L (link order), G (group), T (TLS), E (exclude), x (unknown)
  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

这里再额外说明一个很有趣的地方,在elf文件结构中,有一个字符串表.strtab,里面存放的是elf文件中各个段的名字以及变量名等字符串,字符串表中记录了这些字符串以及对应的下标,需要用到这些字符串时,直接用偏移下标去取就行了。段表中存放的段的名字这一项,就是存的.strtab中对应字符串的偏移。
.bss段所占空间的大小存在哪里解决了,那么就剩下符号了。 符号当然对应的存在符号表.symtab中了。我们可以通过命令readelf -s test来查看:

    41: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS 
    42: 0000000000600e18     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   19 __init_array_end
    43: 0000000000600e28     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   22 _DYNAMIC
    44: 0000000000600e10     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   19 __init_array_start
    45: 00000000004005c8     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   17 __GNU_EH_FRAME_HDR
    46: 0000000000601000     0 OBJECT  LOCAL  DEFAULT   24 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
    47: 00000000004005b0     2 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 __libc_csu_fini
    48: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND _ITM_deregisterTMCloneTab
    49: 0000000000601040     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT   25 data_start
    50: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND puts@@GLIBC_2.2.5
    51: 0000000000602000  4000 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 b
    52: 0000000000602fa0     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   25 _edata
    53: 00000000004005b4     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   15 _fini
    54: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@@GLIBC_
    55: 0000000000601040     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   25 __data_start
    56: 0000000000000000     0 NOTYPE  WEAK   DEFAULT  UND __gmon_start__
    57: 0000000000601048     0 OBJECT  GLOBAL HIDDEN    25 __dso_handle
    58: 00000000004005c0     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   16 _IO_stdin_used
    59: 0000000000400540   101 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 __libc_csu_init

在第51行,我们看到了定义的全局数组b[1000],4000那一项表明数据的大小是4000字节,OBJECT代表是一个变量,GLOBAL代表是作用域是全局的。

可以得出结论:
.bss不占据实际的磁盘空间,只在段表中记录大小,在符号表中记录符号。当文件加载运行时,才分配空间以及初始化

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