Question

我正在阅读http://eli.thegreenplace.net/2011/11/03/position-independent-code-pic-in-shared-libraries/#id1 问题来了：

在进程的虚拟地址空间中加载后，PIC共享库如何知道如何引用外部变量？

以下是相关共享库的代码：

#include <stdio.h>

extern long var;

void
shara_func(void)
{
        printf("%ld\n", var);
}

生成目标代码，然后生成共享对象（库）：

gcc -fPIC -c lib1.c                    # produce PIC lib1.o
gcc -fPIC -shared lib1.o -o liblib1.so # produce PIC shared library

在共享库中反汇编shara_func：

objdump -d liblib1.so
 ...
 00000000000006d0 <shara_func>:
 6d0:   55                      push   %rbp
 6d1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
 6d4:   48 8b 05 fd 08 20 00    mov    0x2008fd(%rip),%rax        # 200fd8 <_DYNAMIC+0x1c8>
 6db:   48 8b 00                mov    (%rax),%rax
 6de:   48 89 c6                mov    %rax,%rsi
 6e1:   48 8d 3d 19 00 00 00    lea    0x19(%rip),%rdi        # 701 <_fini+0x9>
 6e8:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
 6ed:   e8 be fe ff ff          callq  5b0 <printf@plt>
 6f2:   90                      nop
 6f3:   5d                      pop    %rbp
 6f4:   c3                      retq   
...

我看到 0x6d4 地址处的指令将一些相对于 PC 的地址移动到rax，我想这是GOT中的条目，引用了GOT相对来自 PC 以在运行时获取外部变量var的地址（它在运行时根据加载var的位置进行解析）。然后在 0x6db 执行指令后，我们将外部变量的实际内容放在 rax 中，然后将值从 rax 移动到 rsi - 寄存器中传递的第二个函数参数。

我原以为在进程内存中只有一个GOT，但是，看到该库引用了GOT？当共享库（PIC库）不知道它将被加载到进程内存的哪个位置时，共享库如何知道偏移到进程的GOT？或者每个共享库都有自己的GOT加载吗？如果你澄清我的困惑，我会很高兴。

Answer 1

我以为进程内存中只有一个GOT，但是，看到该库引用了GOT？

我们清楚地将.got部分视为图书馆的一部分。使用readelf，我们可以找到库的各个部分以及它们的加载方式：

readelf -e liblib1.so
...
Section Headers:
  [21] .got              PROGBITS         0000000000200fd0  00000fd0
       0000000000000030  0000000000000008  WA       0     0     8
...

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x000000000000078c 0x000000000000078c  R E    200000
  LOAD           0x0000000000000df8 0x0000000000200df8 0x0000000000200df8
                 0x0000000000000230 0x0000000000000238  RW     200000
...
 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     ... .init .plt .plt.got .text .fini .rodata .eh_frame_hdr .eh_frame 
   01     .init_array .fini_array .jcr .dynamic .got .got.plt .data .bss 
   02     .dynamic

因此，有.got部分，但runtime linker ld-linux.so.2（注册为动态ELF的解释器）不加载部分;它按照Program LOAD类型的描述加载段。 .got是具有RW标志的段01 LOAD的一部分。其他库将拥有自己的GOT（考虑从类似的源代码编译liblib2.so，它对liblib1.so一无所知，并且将拥有自己的GOT）;所以它只是图书馆的“全球”;但加载后内存中的整个程序图像都没有。

当共享库（PIC库）不知道它将被加载到进程内存的哪个位置时，共享库如何知道偏移到进程的GOT？

当它需要几个ELF对象并将它们全部合并到一个库中时，它由静态链接器完成。链接器将生成.got部分并将其放置到库代码已知偏移的某个位置（pc-relative，rip-relative）。它将指令写入程序头，因此相对地址是已知的，并且它是访问自己的GOT唯一需要的地址。

当objdump与-r / -R标志一起使用时，它将打印有关ELF文件或库中记录的重定位（静态/动态）的信息;它可以与-d标志结合使用。 lib1.o对象已在此处重定位;没有已知的GOT偏移量，mov全部为零：

$ objdump -dr lib1.o 
lib1.o:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:

0000000000000000 <shara_func>:
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   48 8b 05 00 00 00 00    mov    0x0(%rip),%rax        # b <shara_func+0xb>
            7: R_X86_64_REX_GOTPCRELX   var-0x4
   b:   48 8b 00                mov    (%rax),%rax
   e:   48 89 c6                mov    %rax,%rsi

在库文件中，gcc -shared将其转换为相对地址（内部调用ld变体collect2）：

$ objdump -d liblib1.so 

liblib1.so:     file format elf64-x86-64

00000000000006d0 <shara_func>:
 6d0:   55                      push   %rbp
 6d1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
 6d4:   48 8b 05 fd 08 20 00    mov    0x2008fd(%rip),%rax        # 200fd8 <_DYNAMIC+0x1c8>

最后，动态重定位到GOT中，将var的实际地址放在这里（由rtld -ld-linux.so.2完成）：

$ objdump -R liblib1.so 

liblib1.so:     file format elf64-x86-64

DYNAMIC RELOCATION RECORDS
OFFSET           TYPE              VALUE 
...
0000000000200fd8 R_X86_64_GLOB_DAT  var

让我们使用你的lib，添加带定义的可执行文件，编译它并在启用rtld调试的情况下运行：

$ cat main.c 
long var;
int main(){
    shara_func();
    return 0;
}
$ gcc main.c -llib1 -L. -o main -Wl,-rpath=`pwd`
$ LD_DEBUG=all ./main 2>&1 |less
...
   311:     symbol=var;  lookup in file=./main [0]
   311:     binding file /test3/liblib1.so [0] to ./main [0]: normal symbol `var'

因此，链接器能够将var的重定位绑定到定义它的“主”ELF文件：

$ gdb -q ./main 
Reading symbols from ./main...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x4006da
(gdb) r
Starting program: /test3/main 

Breakpoint 1, 0x00000000004006da in main ()
(gdb) disassemble shara_func
Dump of assembler code for function shara_func:
   0x00007ffff7bd56d0 <+0>: push   %rbp
   0x00007ffff7bd56d1 <+1>: mov    %rsp,%rbp
   0x00007ffff7bd56d4 <+4>: mov    0x2008fd(%rip),%rax        # 0x7ffff7dd5fd8
   0x00007ffff7bd56db <+11>:    mov    (%rax),%rax
   0x00007ffff7bd56de <+14>:    mov    %rax,%rsi

你的func中的mov没有变化。 func + 4之后的rax是0x601040，它是./main的第三个映射，根据/ proc / $ pid / maps：

00601000-00602000 rw-p 00001000 08:07 6691394                            /test3/main

它是在此程序标题（readelf -e ./main）

之后从main加载的

LOAD           0x0000000000000df0 0x0000000000600df0 0x0000000000600df0
               0x0000000000000248 0x0000000000000258  RW     200000

它是.bss部分的一部分：

 [26] .bss              NOBITS           0000000000601038  00001038
      0000000000000010  0000000000000000  WA       0     0     8

在步入func + 11后，我们可以在GOT中检查值：

(gdb) b shara_func
(gdb) r
(gdb) si
0x00007ffff7bd56db in shara_func () from /test3/liblib1.so
1: x/i $pc
=> 0x7ffff7bd56db <shara_func+11>:  mov    (%rax),%rax
(gdb) p $rip+0x2008fd
$6 = (void (*)()) 0x7ffff7dd5fd8
(gdb) x/2x 0x7ffff7dd5fd8
0x7ffff7dd5fd8: 0x00601040  0x00000000

谁为此GOT条目写了正确的值？

(gdb) watch *0x7ffff7dd5fd8
Hardware watchpoint 2: *0x7ffff7dd5fd8
(gdb) r
The program being debugged has been started already.
Start it from the beginning? (y or n) y
Starting program: /test3/main 

Hardware watchpoint 2: *0x7ffff7dd5fd8

Old value = <unreadable>
New value = 6295616
0x00007ffff7de36bf in elf_machine_rela (..) at ../sysdeps/x86_64/dl-machine.h:435
(gdb) bt
#0  0x00007ffff7de36bf in elf_machine_rela (...) at ../sysdeps/x86_64/dl-machine.h:435
#1  elf_dynamic_do_Rela (...) at do-rel.h:137
#2  _dl_relocate_object (...) at dl-reloc.c:258
#3  0x00007ffff7ddaf5b in dl_main (...)        at rtld.c:2072
#4  0x00007ffff7df0462 in _dl_sysdep_start (start_argptr=start_argptr@entry=0x7fffffffde20, 
    dl_main=dl_main@entry=0x7ffff7dd89a0 <dl_main>) at ../elf/dl-sysdep.c:249
#5  0x00007ffff7ddbe7a in _dl_start_final (arg=0x7fffffffde20) at rtld.c:307
#6  _dl_start (arg=0x7fffffffde20) at rtld.c:413
#7  0x00007ffff7dd7cc8 in _start () from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2

(gdb) x/2x 0x7ffff7dd5fd8
0x7ffff7dd5fd8: 0x00601040  0x00000000

glibc的运行时链接器（rtld.c），在调用main之前 - 这里是源代码（位不同的版本） - http://code.metager.de/source/xref/gnu/glibc/sysdeps/x86_64/dl-machine.h

329 case R_X86_64_GLOB_DAT:
330 case R_X86_64_JUMP_SLOT:
331   *reloc_addr = value + reloc->r_addend;
332   break;

使用反向步进，我们可以获得代码历史和旧值= 0：

(gdb) b _dl_relocate_object 
(gdb) r
(gdb) dis 3
(gdb) target record-full
(gdb) c
(gdb) disp/i $pc
(gdb) rsi
(gdb) rsi
(gdb) rsi
(gdb) x/2x 0x7ffff7dd5fd8
0x7ffff7dd5fd8: 0x00000000  0x00000000


=> 0x7ffff7de36b8 <_dl_relocate_object+1560>:   add    0x10(%rbx),%rax
=> 0x7ffff7de36bc <_dl_relocate_object+1564>:   mov    %rax,(%r10)
=> 0x7ffff7de36bf <_dl_relocate_object+1567>:   nop

共享库如何找到GOT部分？

1 个答案: