启用-mcmodel=large时，如何强制编译器仅生成64位偏移？

问题背景 #

在实验大型二进制文件时发现：即便使用-mcmodel=large编译，链接阶段仍会因二进制文件中存在小代码风格的PC32重定位指令报错。根本原因是编译器自带的启动目标文件（如Scrt1.o、crtbeginS.o）以及系统动态库均采用小代码模型构建，-mcmodel=large仅能控制自定义代码的生成逻辑，无法修改这些预编译组件内的重定位指令。

复现示例 #

测试代码 #

// too_large.cc
int main() {
  static int y = 0;
  asm volatile(".align 1073741824"); // 人为增大代码体积，触发重定位溢出
  y += 5;
  return 0;
}

编译与链接命令 #

编译阶段无报错：

g++ -mcmodel=large -c too_large.cc -o too_large.o

链接阶段抛出重定位溢出错误：

g++ too_large.o -o too_large

错误信息 #

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/12/../../../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o: in function `_start':
(.text+0x1d): relocation truncated to fit: R_X86_64_GOTPCRELX against symbol `__libc_start_main@@GLIBC_2.34' defined in .text section in /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/12/../../../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o:(.eh_frame+0x20): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against `.text'
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/12/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o: in function `_init':
(.init+0x7): relocation truncated to fit: R_X86_64_REX_GOTPCRELX against undefined symbol `__gmon_start__'
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/12/crtbeginS.o: in function `deregister_tm_clones':
crtstuff.c:(.text+0x3): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against `.tm_clone_table'
crtstuff.c:(.text+0xa): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against symbol `__TMC_END__' defined in .data section in too_large
crtstuff.c:(.text+0x16): relocation truncated to fit: R_X86_64_REX_GOTPCRELX against undefined symbol `_ITM_deregisterTMCloneTable'
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/12/crtbeginS.o: in function `register_tm_clones':
crtstuff.c:(.text+0x33): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against `.tm_clone_table'
crtstuff.c:(.text+0x3a): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against symbol `__TMC_END__' defined in .data section in too_large
crtstuff.c:(.text+0x57): relocation truncated to fit: R_X86_64_REX_GOTPCRELX against undefined symbol `_ITM_registerTMCloneTable'
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/12/crtbeginS.o: in function `__do_global_dtors_aux':
crtstuff.c:(.text+0x76): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against `.bss'
crtstuff.c:(.text+0x81): additional relocation overflows omitted from the output
too_large: PC-relative offset overflow in GOT PLT entry for `__cxa_finalize@@GLIBC_2.2.5'

解决方法 #

要全程强制生成64位偏移，可从以下方向入手：

1. 自定义编译启动文件（crt） #

系统自带的crt文件基于小代码模型编译，需下载GCC源码，用-mcmodel=large重新编译生成整套crt目标文件（Scrt1.o、crti.o、crtbeginS.o等），链接时指定使用这些自定义文件，替代系统默认版本。

2. 切换为静态链接 #

动态库（如libc.so）采用小代码模型构建，静态链接时可选择大代码模型编译的静态库（若存在），或自行编译大模型版本的系统库。链接时添加-static参数，并指定自定义大模型静态库路径。

3. 禁用不必要的crt组件 #

若程序不需要全局构造/析构、性能分析等crt功能，可通过编译选项跳过相关组件：

• -fno-use-cxa-atexit：禁用__cxa_finalize相关逻辑
• -fno-exceptions：禁用异常处理，减少crt依赖
• -fno-unwind-tables：避免生成eh_frame相关的PC32重定位
• -nostartfiles：不使用默认启动文件，手动实现_start函数

手动实现_start的示例：

// minimal_start.s
.global _start
_start:
    mov $main, %rdi
    call *%rdi
    mov %rax, %rdi
    mov $60, %rax
    syscall

编译链接命令：

g++ -mcmodel=large -c too_large.cc -o too_large.o
as minimal_start.s -o minimal_start.o
g++ -nostartfiles too_large.o minimal_start.o -o too_large

4. 链接器选项临时适配 #

部分链接器支持通过选项转换PC32重定位为64位版本，如GNU ld的--emit-relocs配合--relax，但该方法稳定性不足，仅作为临时 workaround。

总结 #

核心矛盾是系统预编译组件采用小代码模型，无法通过单一编译选项直接覆盖。最彻底的方案是自行编译大代码模型版本的crt和系统库；若仅需快速验证，禁用不必要的crt组件或手动实现启动函数是更轻量的选择。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ricky