1. Linker 的作用：

• 輸入：Linker 的輸入是多個 object file（例如 foo.o, lib.o for RISC-V）。每個 object file 包含文本段（Text Segment）、數據段（Data Segment）、符號表、重定位表等資訊。
• 輸出：Linker 的輸出是可執行的機器碼（例如 a.out for RISC-V）。
• 作用：Linker 的作用是將各個 object file 組合成為一個完整的可執行檔，支持文件的分離編譯。也就是說，修改單一文件並不需要重新編譯整個程式。
  • 舉例：Linux 源碼有超過 2000 萬行代碼，連結器允許分離編譯，極大提升開發效率。

2. Linker 如何組合多個 object 模組：

• 步驟1：將每個 object file 的文本段（Text Segment）組合在一起。
• 步驟2：將每個 object file 的數據段（Data Segment）組合起來，並接續在步驟1生成的文本段之後。
• 步驟3：解析引用，通過重定位表（Relocation Table）來處理每個條目，並填入絕對地址。

3. 需要重定位的地址類型：

• PC-relative 地址（例如 beq、bne、jal、auipc/addi）：這類地址不需要重定位，因為這些指令使用與當前 PC 相對的地址。
• 外部函數引用（例如 jal 或 auipc/jalr）：這些引用需要重定位，因為組譯時無法確定外部函數的地址。
• 靜態數據引用（例如 lw、sw、lui/addi）：這些數據段在組合時會被重新安置，因此也需要重定位。

4. 哪些指令需要進行重定位編輯：

• J-Format：只在進行外部跳轉時（externally jumping）需要重定位，例如 jal 指令。
• 使用全域指標（gp）訪問 .data 資料變數的 load/store 指令：全域指標（gp）是指向數據段和靜態段的指標。
• 其他指令如 lui、addi 和 auipc/jalr 當跳轉到外部時也需要重定位。
• 條件分支指令（B-Type）不需要進行重定位，因為即使文本段被重新定位，PC-relative 地址仍能保持正確。

5. 解析引用的過程：

• 在 RISC-V RV32 架構中，Linker 假設第一個文本段從地址 0x10000 開始。
• Linker 需要知道每個文本段和數據段的長度及順序，並計算出每個標籤或數據段的絕對地址。
• Linker 會在所有符號表中查找引用，若未找到，則會查找標準庫（例如 printf）。確定絕對地址後，Linker 會填入相應的機器碼。
• 輸出：包含文本段、數據段和其他除錯資訊的可執行檔案。

6. 靜態鏈結與動態鏈結：

• 靜態鏈結：所有程式所依賴的函式庫會被嵌入到可執行檔內。如果函式庫更新，則需要重新編譯使用該函式庫的程式。
  • 優點：可執行檔是自包含的，不需要依賴外部庫。
• 動態鏈結（DLLs）：在 Windows 和 UNIX 平台上常見，這類函式庫不會嵌入到可執行檔中，而是會在程式執行時動態載入。
  • 動態鏈結優點：可以節省磁碟空間和記憶體，因為多個程式可以共享相同的函式庫。當函式庫升級時，所有使用該函式庫的程式會自動更新。
  • 缺點：需要額外的運行時間來動態鏈結，且增加了編譯器、鏈結器和作業系統的複雜性。

7. 動態鏈結的考慮：

• 空間 vs. 時間：動態鏈結能節省磁碟空間與記憶體，但會增加執行時的開銷。
• 處理升級的能力：更新動態函式庫會影響所有使用該庫的程式，但這需要額外的管理來確保正確的執行。
• 普遍的做法：動態鏈結會在機器碼層面進行，這意味著 Linker 會處理機器碼中的跳轉與鏈結，而無需了解編譯器的細節。