链接器还是加载器负责完成程序必要的重定位操作？

针对你实现过程中遇到的两个问题，直接给结论和实现逻辑参考：

问题1：加载器是否必须重新完成全量地址重定位？ #

答案是完全不需要，是否需要做加载阶段重定位，和你生成的可执行文件类型、运行环境的内存模型直接相关，不存在“必须全量重定位”的说法

• 如果你做的是带MMU、支持虚拟地址空间的操作系统环境（比如现代Linux/Windows的用户态程序加载）：传统固定基址的静态可执行文件（非PIE格式）链接时就已经把所有地址解析完，指定了固定的加载虚拟基址（比如x86_64 Linux默认是0x400000）。由于每个进程拥有独立的虚拟地址空间，不同进程的同个虚拟地址会映射到不同物理内存页，根本不会和其他运行中的程序产生地址冲突，加载器只需要把程序段映射到对应虚拟地址就能直接跑，不需要做任何重定位操作。
• 如果你需要支持ASLR地址随机化、或者做的是无MMU的裸机/嵌入式场景（程序直接访问物理地址，确实会出现物理地址冲突）：也不需要做全量重定位。链接阶段已经完成了所有符号解析、段内偏移计算的工作，加载器只需要处理和「实际加载基址与链接时指定基址的差值」相关的地址调整就行，不需要重新扫描所有目标文件、重新解析符号。

问题2：需要重定位时，是否必须扫描所有代码段、逐指令修改地址，甚至要持有ISA副本做类预执行的指令扫描？ #

这是对重定位机制的典型误解，现实里没有任何量产的加载器会这么做

• 链接器生成ELF文件时，会把所有需要在加载阶段调整地址的位置，全部记录在专门的重定位表段中（常见的比如.rel.dyn、.rel.plt）。每个重定位条目会明确标注三个信息：需要修改的位置相对于段基址的偏移、重定位的计算规则、关联的符号索引。
• 加载器处理重定位时，只需要遍历重定位表的所有条目，根据当前实际加载的基址，按照条目对应的规则算好最终地址，直接把值写入对应的内存位置即可。整个过程完全不需要解析CPU指令编码，不需要知道当前位置是指令还是数据，更不需要内置整套ISA的解析逻辑做预执行扫描。
• 额外提一句：如果你在链接阶段开启位置无关代码（PIC/PIE）选项，生成的代码里大部分跳转、调用都是用相对当前指令的偏移寻址，只要代码段和数据段的相对偏移和链接时一致，这部分指令根本不需要做任何修改，只有GOT/PLT表、全局变量指针这类存绝对地址的位置需要调整，重定位的工作量非常小。

自主实现的时候别踩坑：不要自己写指令扫描逻辑，严格按照ELF规范解析重定位表就行，这是链接器提前算好的元信息，本来就是给加载器省活用的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Boliotis Manousos