使用GCC Arm工具链开发的项目, 在升级到 arm-gnu-toolchain-12.2 之后, 编译出现警告

arm-gnu-toolchain-12.2.mpacbti-bet1-x86_64-arm-none-eabi/bin/../lib/gcc/arm-none-eabi/12.2.0/../../../../arm-none-eabi/bin/ld: warning: Build/app.elf has a LOAD segment with RWX permissions

关于 LOAD segment with RWX permissions 警告

这是 Binutils 2.39 引入的一个新的安全类型的警告, GCC在升级版本时会带着新版本的 Binutils 一起发布. 如果要消除这个警告, 要么修改ld文件, 要么屏蔽掉它.

说明

这篇文章里有比较详细的说明
https://www.redhat.com/en/blog/linkers-warnings-about-executable-stacks-and-segments

The executable segment warnings

当程序载入内存时会分段载入, 一些属于可执行的代码，一些属于数据, 可读或者可读可写, 可能还有一些用于其它特殊用途. 每一段内存都会区分可读、可写和可执行这三个属性, 如果一个内存段同时具有这三种属性, 则存在受到攻击的可能性, 因此在这种情况下链接器将产生以下警告

warning: <file> has a LOAD segment with RWX permissions

这个警告表示elf文件中存在一个或多个存在安全问题的段, 可以通过运行readelf程序进行查看

readelf -lW <file>

注意: 在readelf的输出中, 段的可执行标志被标记为E而不是X, 三个属性的标识为RWE而不是RWX. 警告出现的常见原因是使用自定义连接脚本进行链接, 该脚本未将代码和数据分成不同的段, 所以最好的解决办法是更新连接脚本. readelf命令将显示每个段包含哪些部分, 可以通过这些信息计算出连接器映射需要如何更新, 才能将代码部分和可写的数据部分分开.

消除 LOAD segment with RWX permissions 警告

选项一: 使用 --no-warn-rwx-segments 屏蔽

• 如果连接使用的是ld, 可以用--no-warn-rwx-segments选项
• 如果连接使用的是gcc, 直接用会提示无法识别的选项, 需要用-Wl,--no-warn-rwx-segments这样的方式

选项二: 修改连接描述

对于存在问题的elf, 可以通过这个命令查看文件结构, 注意后面的Flg部分, RWE分别表示Read,Write,Execute.

$ readelf -lW app.elf 

Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x15e1
There are 3 program headers, starting at offset 52

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  LOAD           0x010000 0x00000000 0x00000000 0x026f4 0x026f4 RWE 0x10000
  LOAD           0x020000 0x20000000 0x000026f4 0x00088 0x00334 RW  0x10000
  LOAD           0x000334 0x20000334 0x0000277c 0x00000 0x00004 RW  0x10000

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .isr_vector .text .rodata .init_array .fini_array 
   01     .data .bss 
   02     ._user_heap_stack 

其中LOAD 0x010000 0x08000000 0x08000000 0x03ffc 0x03ffc RWE 0x10000就是存在问题的segment, 如果要消除这个警告, 可以将ld文件中的 .init_array 和 .fini_array 这部分注释掉, 代码如下. 这部分是 startup 文件中 __libc_init_array使用的, 如果不需要可以直接删除, 对应的编译参数也可以加上-nostartfiles.

  .preinit_array     :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_start = .);
    KEEP (*(.preinit_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__preinit_array_end = .);
  } >FLASH
  .init_array :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.init_array.*)))
    KEEP (*(.init_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__init_array_end = .);
  } >FLASH
  .fini_array :
  {
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_start = .);
    KEEP (*(SORT(.fini_array.*)))
    KEEP (*(.fini_array*))
    PROVIDE_HIDDEN (__fini_array_end = .);
  } >FLASH

这样编译完之后的结果如下, 第一个segment中, Flg变成了R E就没问题了.

$ readelf -lW app.elf 

Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x1549
There are 3 program headers, starting at offset 52

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  LOAD           0x010000 0x00000000 0x00000000 0x02654 0x02654 R E 0x10000
  LOAD           0x020000 0x20000000 0x00002654 0x00088 0x00318 RW  0x10000
  LOAD           0x000318 0x20000318 0x000026dc 0x00000 0x00300 RW  0x10000

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .isr_vector .text .rodata 
   01     .data .bss 
   02     ._user_heap_stack 

上面这种修改并不是通用的, 对于需要使用libc的应用而言并不可行.

实际上, 对于Cortex M系列的MCU而言, elf中第一个segment对应的实际上是烧录到flash中的部分(可执行), 第二个segment对应的才是运行时可读写的内存部分(数据), 第一个segment在通过flash启动正常运行时并不存在修改的可能性.

因此结论是可以通过选项一, 简单地将警告屏蔽掉

参考

• https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/issues/1029
• https://stackoverflow.com/questions/73429929/gnu-linker-elf-has-a-load-segment-with-rwx-permissions-embedded-arm-project
• https://github.com/OP-TEE/optee_os/issues/5471