Linux 下的 ELF 文件格式
Windows 的可执行文件格式是一种叫作PE(Portable Executable Format)的文件格式
动态链接库
这些机器码必须是“地址无关”的。也就是说,我们编译出来的共享库文件的指令代码,是地址无关码(Position-Independent Code)。换句话说就是,这段代码,无论加载在哪个内存地址,都能够正常执行。如果不是这样的代码,就是地址相关的代码
那么问题来了,我们要怎么样才能做到,动态共享库编译出来的代码指令,都是地址无关码呢?
动态代码库内部的变量和函数调用都很容易解决,我们只需要使用相对地址(Relative Address)就好了。各种指令中使用到的内存地址,给出的不是一个绝对的地址空间,而是一个相对于当前指令偏移量的内存地址。因为整个共享库是放在一段连续的虚拟内存地址中的,无论装载到哪一段地址,不同指令之间的相对地址都是不变的
PLT 和 GOT,动态链接的解决方案
是拿出一小段代码来看一看
首先,lib.h 定义了动态链接库的一个函数 show_me_the_money。
// lib.h
#ifndef LIB_H
#define LIB_H
void show_me_the_money(int money);
#endif
lib.c 包含了 lib.h 的实际实现。
// lib.c
#include <stdio.h>
void show_me_the_money(int money)
{
printf("Show me USD %d from lib.c \n", money);
}
然后,show_me_poor.c 调用了 lib 里面的函数。
// show_me_poor.c
#include "lib.h"
int main()
{
int money = 5;
show_me_the_money(money);
}
最后,我们把 lib.c 编译成了一个动态链接库,也就是 .so 文件。
$ gcc lib.c -fPIC -shared -o lib.so
$ gcc -o show_me_poor show_me_poor.c ./lib.so
我们再通过 gcc 编译 show_me_poor 动态链接了 lib.so 的可执行文件。在这些操作都完成了之后,我们把 show_me_poor 这个文件通过 objdump 出来看一下
$ objdump -d -M intel -S show_me_poor
@plt 的关键字,代表了我们需要从 PLT,也就是程序链接表(Procedure Link Table)里面找要调用的函数。对应的地址呢,则是 400550 这个地址
在动态链接对应的共享库,我们在共享库的 data section 里面,保存了一张全局偏移表(GOT,Global Offset Table)。虽然共享库的代码部分的物理内存是共享的,但是数据部分是各个动态链接它的应用程序里面各加载一份的。所有需要引用当前共享库外部的地址的指令,都会查询 GOT,来找到当前运行程序的虚拟内存里的对应位置。而 GOT 表里的数据,则是在我们加载一个个共享库的时候写进去的
不同的进程,调用同样的 lib.so,各自 GOT 里面指向最终加载的动态链接库里面的虚拟内存地址是不同的
这样,虽然不同的程序调用的同样的动态库,各自的内存地址是独立的,调用的又都是同一个动态库,但是不需要去修改动态库里面的代码所使用的地址,而是各个程序各自维护好自己的 GOT,能够找到对应的动态库就好了
我们的 GOT 表位于共享库自己的数据段里。GOT 表在内存里和对应的代码段位置之间的偏移量,始终是确定的。这样,我们的共享库就是地址无关的代码,对应的各个程序只需要在物理内存里面加载同一份代码。而我们又要通过各个可执行程序在加载时,生成的各不相同的 GOT 表,来找到它需要调用到的外部变量和函数的地址
这是一个典型的、不修改代码,而是通过修改“地址数据”来进行关联的办法。它有点像我们在 C 语言里面用函数指针来调用对应的函数,并不是通过预先已经确定好的函数名称来调用,而是利用当时它在内存里面的动态地址来调用