如何用GCC编译各段具有不同PIE偏移的PIE ELF程序？

要让程序中不同段（如.my_data和.text/.bss）每次运行时的相对偏移随机，需要打破默认PIE程序的全局基址共享机制，让每个可加载段（PT_LOAD）被动态链接器独立随机化加载。以下是具体实现步骤：

1. 修改链接脚本（l.lds） #

显式定义所有段的内存区域，确保.my_data和其他段分属不同的MEMORY区域，且链接器为每个段生成独立的PT_LOAD条目：

ENTRY(start)

MEMORY
{
  main_region (rwxai) : ORIGIN = 0x300000, LENGTH = 0x100000  /* 3M - 4M */
  my_data_region (rwxai) : ORIGIN = 0x500000, LENGTH = 0x100000 /* 5M - 6M */
}

SECTIONS
{
  /* 处理代码段 */
  .text : {
    *(.text)
    *(.text.*)
  } >main_region

  /* 处理只读数据段 */
  .rodata : {
    *(.rodata)
    *(.rodata.*)
  } >main_region

  /* 处理已初始化数据段 */
  .data : {
    *(.data)
    *(.data.*)
  } >main_region

  /* 处理未初始化数据段 */
  .bss : {
    *(.bss)
    *(.bss.*)
    *(COMMON)
  } >main_region

  /* 自定义数据段，放到独立内存区域 */
  .my_data : {
    *(.my_data)
  } >my_data_region =0x9090
}

2. 更新编译/链接选项（Makefile） #

添加-fPIC确保代码完全位置无关，链接时启用-z separate-loadable-segments让链接器生成独立PT_LOAD段：

CFLAGS = -fPIE -fPIC
ASFLAGS = -fPIE

a: a.o l.lds
    ld -pie -z separate-loadable-segments --dynamic-linker=/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -T l.lds -o $@ a.o

clean:
    rm -f *.o a

3. 启用内核段级ASLR #

Linux默认的ASLR级别（kernel.randomize_va_space=2）支持段级独立随机化，执行以下命令启用：

sudo sysctl kernel.randomize_va_space=2

该设置会让动态链接器为每个PT_LOAD段计算独立的随机加载地址，而非共享全局基址。

原理说明 #

• 默认PIE程序的所有PT_LOAD段共享同一个基址偏移，段间相对偏移固定；-z separate-loadable-segments让链接器为每个段生成独立的PT_LOAD条目。
• 内核ASLR级别2会对每个PT_LOAD段单独应用随机偏移，实现段间相对地址的随机化。
• -fPIE/-fPIC确保编译器生成位置无关代码，全局变量（如my_array）通过GOT表访问，动态链接器加载时会重定位GOT条目到实际随机地址。

验证效果 #

编译后运行程序，多次打印&my_array、&start、&normal_array的地址，会观察到各段的相对偏移每次运行都不同，符合预期效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Eric Stdlib