共享库如何找到GOT部分？

Question

当我在阅读http://eli.thegreenplace.net/2011/11/03/position-independent-code-pic-in-shared-libraries/#id1时, 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？

这是有问题的共享库的代码:

#include <stdio.h>

extern long var;

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

生成对象代码,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

shara_func在共享库中反汇编:

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   
...

我看到在该指令0x6d4地址将一些地址,它是相对于PC到rax,我想这是在GOT项,得到了来自相对引用PC获取外部变量的地址var在运行时(在运行的解决取决于地方var加载) .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.

我以为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.随着readelf我们可以发现什么是图书馆的部分以及它们是如何加载:

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,有部分.got,但运行时链接程序ld-linux.so.2(注册为动态ELF的解释器)不加载部分; 它按程序头的LOAD类型描述加载段..got是带有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对象并将它们全部组合到一个库中时,它由静态链接器完成.链接器将生成.got节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/ -Rflags 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,它被转换为相对地址gcc -shared(它在内部调用ld变量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,有动态重定位到GOT中以放置var的实际地址(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,链接器能够将重定位绑定var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中没有mov的变化.func + 4之后的rax是0x601040,它是根据/ proc/$ pid/maps的./main的第三个映射:

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

它是在此程序标题之后从main加载的(readelf -e ./main)

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,我们可以检查GOT中的值:

(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

谁为这个GOT条目写了正确的价值？

(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),就在调用之前main- 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;

通过反向步进,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