linked_and_loader
讀《深入理解計算機系統》第七章《鏈接》筆記。
在ELF文件的動態連接機制中，每一個外部定義的符號在全局偏移表 (Global Offset Table，GOT)中有相應的條目，如果符號是函數則在過程連接表(Procedure Linkage Table，PLT)中也有相應的條目，且一個PLT條目對應一個GOT條目。以簡單的例子觀察GOT與PLT的變化機制。下面是一個簡單的Hello World程序：
#include <stdio.h>
void showmsg(char *szMsg)
{
printf("%s\n", szMsg);
}
int main(int argc, char **argv)
{
char szMsg[] = "Hello, world!";
showmsg(szMsg);
return 0;
}
使用gcc編譯：
gcc -o a.out -g helloworld.c
使用objdump -S a.out查看反彙編代碼：
void showmsg(char *szMsg)
{
8048434: 55 push %ebp
8048435: 89 e5 mov %esp,%ebp
8048437: 83 ec 18 sub $0x18,%esp
printf("%s\n", szMsg);
804843a: 8b 45 08 mov 0x8(%ebp),%eax
804843d: 89 04 24 mov %eax,(%esp)
8048440: e8 0b ff ff ff call 8048350 <puts@plt>
}
8048445: c9 leave
8048446: c3 ret
對printf的調用被編譯器改成了puts@plt，位於0×08048350，這是一個PLT（Procedure Linkage Table）條目，往上翻查看這個地址的代碼：
08048350 <puts@plt>:
8048350: ff 25 04 a0 04 08 jmp *0x804a004
8048356: 68 08 00 00 00 push $0x8
804835b: e9 d0 ff ff ff jmp 8048330 <_init+0x38>
第一條指令跳轉到0x0804a004地址處的值去執行，實際上0x0804a004就是一個對應的GOT（Global Offset Table）條目的位置了。使用
objdump -R a.out
可以看到：
a.out: file format elf32-i386
DYNAMIC RELOCATION RECORDS
OFFSET TYPE VALUE
08049ff0 R_386_GLOB_DAT __gmon_start__
0804a000 R_386_JUMP_SLOT __stack_chk_fail
0804a004 R_386_JUMP_SLOT puts
0804a008 R_386_JUMP_SLOT __gmon_start__
0804a00c R_386_JUMP_SLOT __libc_start_main
就是puts那一條的offset的值。
下面用gdb動態調試a.out，查看GOT和PLT條目的變化：
gdb a.out
(gdb) l
1 #include <stdio.h>
2
3 void showmsg(char *szMsg)
4 {
5 printf("%s\n", szMsg);
6 }
7
8 int main(int argc, char **argv)
9 {
10 char szMsg[] = "Hello, world!";
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x8048457: file helloworld.c, line 9.
(gdb) r
Starting program: /home/winson/linuxc/a.out
Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0xbffff394) at helloworld.c:9
9 {
現在看一下地址0x804a004裡的值是多少：
(gdb) x 0x804a004
0x804a004 <puts@got.plt>: 0x08048356
就是puts@plt的第二條指令了，可以查看puts@plt的代碼，或者反彙編0×08048356處的代碼：
(gdb) disas 0x08048356
Dump of assembler code for function puts@plt:
0x08048350 <+0>: jmp *0x804a004
0x08048356 <+6>: push $0x8
0x0804835b <+11>: jmp 0x8048330
End of assembler dump.
其實第一條指令執行後就是jmp到了第二條指令。接著push一個標識，這裡是0×08。第一次執行完以後，會修改GOT條目的內容（這裡就是修改0x0804a004的內容了）。
給showmsg下斷點，讓其執行完printf之後，再次查看GOT條目的內容：
(gdb) b 5
Breakpoint 2 at 0x804843a: file helloworld.c, line 5.
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 2, showmsg (szMsg=0xbffff2de "Hello, world!") at helloworld.c:5
5 printf("%s\n", szMsg);
(gdb) n
Hello, world!
6 }
(gdb) x 0x0804a004
0x804a004 <puts@got.plt>: 0x001913b0
可以看到現在GOT條目直接指向真正的函數了，也就是之後的調用，先跳轉到PLT條目，然後經由GOT條目直接跳轉到函數代碼，比之前少了一些指令，更加快速。
其實就是第一次調用函數之後，會修改GOT條目的內容，第一次相對來說慢一點，以後快一點。Linux的東西剛接觸，如有錯誤，歡迎指正。
PLT其實是延遲綁定技術，也就是等到調用函數的時候才進行函數地址的定位。示例代碼：
(gdb) disas main
Dump of assembler code for function main:
0x0804841d <+0>: push %ebp
0x0804841e <+1>: mov %esp,%ebp
0x08048420 <+3>: and $0xfffffff0,%esp
0x08048423 <+6>: sub $0x10,%esp
0x08048426 <+9>: movl $0x80484d0,(%esp)
0x0804842d <+16>: call 0x80482f0 <puts@plt> ; 跟蹤0x080482f0
0x08048432 <+21>: mov $0x0,%eax
0x08048437 <+26>: leave
0x08048438 <+27>: ret
End of assembler dump.
(gdb) b *0x0804842d
Breakpoint 1 at 0x804842d
(gdb) r
Starting program: /home/winson/Documents/test
Breakpoint 1, 0x0804842d in main ()
(gdb) disas main
Dump of assembler code for function main:
0x0804841d <+0>: push %ebp
0x0804841e <+1>: mov %esp,%ebp
0x08048420 <+3>: and $0xfffffff0,%esp
0x08048423 <+6>: sub $0x10,%esp
0x08048426 <+9>: movl $0x80484d0,(%esp)
=> 0x0804842d <+16>: call 0x80482f0 <puts@plt> ; 跟蹤0x080482f0
0x08048432 <+21>: mov $0x0,%eax
0x08048437 <+26>: leave
0x08048438 <+27>: ret
End of assembler dump.
(gdb) disas 0x080482f0
Dump of assembler code for function puts@plt:
0x080482f0 <+0>: jmp *0x804a00c ; 查看0x804a00c內存
0x080482f6 <+6>: push $0x0
0x080482fb <+11>: jmp 0x80482e0
End of assembler dump.
(gdb) x 0x0804a00c
0x804a00c <puts@got.plt>: 0x080482f6 ; 實際上是跳轉回去執行下一條指令
(gdb) x /30i 0x080482e0
0x80482e0: pushl 0x804a004
0x80482e6: jmp *0x804a008 ; 跟蹤進入
0x80482ec: add %al,(%eax)
0x80482ee: add %al,(%eax)
0x80482f0 <puts@plt>: jmp *0x804a00c
0x80482f6 <puts@plt+6>: push $0x0
0x80482fb <puts@plt+11>: jmp 0x80482e0
...
(gdb) x /1xw 0x0804a008
0x804a008: 0xb7ff24f0
(gdb) b *0x080482e6
Breakpoint 2 at 0x80482e6
(gdb) c
Continuing.
Breakpoint 2, 0x080482e6 in ?? ()
(gdb) ni
_dl_runtime_resolve () at ../sysdeps/i386/dl-trampoline.S:28
28 ../sysdeps/i386/dl-trampoline.S: No such file or directory.
(gdb) i r eip
eip 0xb7ff24f0 0xb7ff24f0 <_dl_runtime_resolve>
(gdb)
可以看到第一次其實是調用_dl_runtime_resolve進行GOT對應的表項的修改，以後就直接從GOT調轉到真正的函數了。更詳細的內容可以參考《程序員的自我修養》第200頁延遲綁定（PLT）。