[链接器的世界-实验篇14] 接住 rustc：把链接器变成真正的驱动程序

2026-10-06

2026-10-10

链接器

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ELF

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Rust

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TLS

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GOT

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实验

本实验为累积的 class13 静态 PIE 后端添加命令行入口。完成后，rustc 可以直接调用你的链接器，传入目标文件、.rlib 归档和库搜索路径，生成能在原生 x86-64 Linux 上运行的 Rust 程序。

起点：class14 配套代码与测试。仓库保持 private，需要访问权限。后端、节分类策略、程序入口和 Rust 测试程序均已提供；本次补全驱动层，不调用系统 ld 代替链接工作。Rust 的编译与链接关系见原理篇 14。

实现任务

在 class14 crate 的库接口中补全四个接口：

任务	接口	完成后交给下一步的结果
C14.1	`parse`	将参数解析为 Invocation，保留输入与搜索目录的顺序；不访问文件系统
C14.2	`find_library`	按搜索目录顺序找到静态归档路径
C14.3	`expand`	就地展开 response file，保留参数字节，限制递归深度
C14.4	`run`	展开、解析、加载输入，调用提供的 `class14::link`，写出权限为 0755 的文件

完整选项表、接口类型和错误规则见 class14 README。特别注意：这里始终链接静态归档；接受 -Bdynamic 不会搜索共享库，接受 --eh-frame-hdr 也不表示输出展开索引。测试程序采用 panic=abort，驱动显式选择 AbortOnly；这只省略运行时展开记录，仍通过 class13 完成 ICF、class11 完成 PIE/GOT/TLS 与常量合并，再由 class12 生成符号表和调试元数据。支持范围不包含异常展开或运行时回溯。

Response file 的规则也以 README 为准：

例如参数 @args.rsp，而文件内容为 "lib dir/a.o" -lfoo，展开结果应是两个 OsString：lib dir/a.o 与 -lfoo；带空格的路径不能被拆成两个参数。展开阶段只产生有序参数，不读取 ELF，也不决定符号；随后 parse 形成 Invocation，run 才按搜索目录读取对象和归档。嵌套展开最多十六层，无法读取的 @name 按 README 的规则保留或报错，不能静默改成普通文件名。无法读取的 @PATH 保留原参数；未闭合引号延续到文件末尾；末尾单独的反斜线被丢弃。这些是本题明确接受的行为。Linux 路径不要求 UTF-8，因此接口使用 OsString/PathBuf，不能通过有损字符串转换处理路径。

用完成的驱动链接 Rust 程序

实现四个接口后，在仓库根目录执行以下命令。输入程序已提供于 class14/tests/fixtures/no_std_fmt.rs；所有输出由下面的命令创建。

1
cargo build --locked -p class14 --bin class14
2
course_linker="$PWD/target/debug/class14"
3
mkdir -p target/reader-class14
4
rustc --edition 2024 \
5
  -C panic=abort -C opt-level=2 -C force-unwind-tables=no \
6
  -C linker-flavor=ld -C linker="$course_linker" \
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  class14/tests/fixtures/no_std_fmt.rs \
8
  -o target/reader-class14/no_std_fmt

linker 指定本次调用的可执行文件，绝对路径避免它被当作系统 PATH 中的命令查找。linker-flavor=ld 让 rustc 使用直接传给链接器的参数形式；本驱动不是 cc 编译器驱动。panic=abort 与后端的 AbortOnly 策略一致；force-unwind-tables=no 不等于承诺依赖归档完全不含 CFI，驱动仍须按已定义策略处理这些输入。本机 rustc 会从自己的 sysroot 选择 core 与 compiler_builtins，不需要切换 musl 目标。

1
./target/reader-class14/no_std_fmt
2
printf 'exit=%s\n' "$?"
3
readelf -hW target/reader-class14/no_std_fmt
4
readelf -lW target/reader-class14/no_std_fmt

程序应输出 sum=42 [2, 3] 1.50，随后显示 exit=42。非零退出码在这里是测试程序主动报告求和结果，不是链接失败；若在启用 set -e 的脚本中执行，要显式捕获它。程序头检查还应确认 ET_DYN，且不包含 PT_INTERP/PT_DYNAMIC。输出正确与结构正确是两项检查，不能相互替代。

把驱动层和链接后端分开验证

parse、expand 和 find_library 都是纯接口：它们只产生有序的 Invocation 或路径，不应提前读取 ELF 或改变输入。run 才负责读取文件、区分对象与 archive、调用累积后端并写出 0755 文件。先用字节级合同测试固定参数语义，再用 rustc 调用链验证驱动没有丢失参数顺序、非 UTF-8 路径或 response-file 内容。

Rust 程序的 stdout/exit status 证明入口和运行时约定，ET_DYN 与程序头检查证明输出格式，GDB/DWARF 检查证明 class12 元数据仍然可用；这些证据分别对应不同责任，不能用其中一项替代全部验收。

从任务到测试

任务	关键测试	测试所证明的性质
C14.1 `parse`	`parse_accepts_rustc_command_lines`、`parse_rejects_unsupported_options`	驱动保留 rustc 参数顺序，并明确拒绝超出支持矩阵的选项。
C14.2 `find_library`	`libraries_are_searched_in_order`	搜索结果由目录顺序决定，不被宿主环境的偶然顺序替换。
C14.3 `expand`	`response_files_follow_gnu_quoting`、`response_files_nest_up_to_sixteen_levels`	response file 的字节、引号和递归边界可重现。
C14.4 `run`	`rustc_links_a_no_std_program`、`driver_preserves_cumulative_pie_features`	驱动把真实 Rust 输入交给累积后端，并保留 PIE、TLS、GOT 和调试能力。

参数合同测试证明驱动语义，真实 rustc 测试证明驱动没有在进程边界丢失这些语义。

验收及其含义

在克隆后的仓库根目录、原生 x86-64 Linux 上执行：

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cargo test --locked -p class14
2
cargo test --locked -p class14 --release
3
python3 scripts/grade.py class14

合同测试检查参数解析、库搜索顺序、非 UTF-8 路径、response file 引号与嵌套边界。原生测试让 rustc 编译提供的 no_std_fmt.rs，使用你的驱动链接真实的 core 和 compiler_builtins 归档；程序应输出 sum=42 [2, 3] 1.50 并以 42 退出，多次运行结果一致。程序头检查确认产物为 ET_DYN，且没有 PT_INTERP/PT_DYNAMIC。另有用例检查库输入、缺失库、不支持的选项和未解析引用。

组合用例检查真实 GOT 槽、TLS、相同常量的共享存储、代码折叠、别名调试引用的 tombstone，以及驱动和库输出一致。另将真实 Rust 程序以 debuginfo=2 编译，要求 DWARF 解码无警告，GDB 能在 rust_entry 按源码定位并运行到退出；调试信息与运行时展开是两个独立能力。

通过意味着本课程指定的 rustc 调用链可用，不能据此推断支持全部 GNU ld 选项、任意 Rust 程序或动态链接。

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