Linux动态链接之GOT与PLT

我们知道函数名就是一个内存地址，这个地址指向函数的入口。调用函数就是压入参数，保存返回地址，然后跳转到函数名指向的代码。问题是，如果函数在共享库中，共享库加载的地址本身就不确定，函数地址也就不确定了，那如何调用共享库中的函数呢？这就是本文要回答的。

我们先来看一小段代码(test.c)：

#include <stdio.h>
void hello_world(void) { printf("Hello world!\n");
return; }
int main(int argc, char* argv[]) { hello_world();
return 0; }

编译并反汇编：

gcc -g test.c -o test objdump -S test

void hello_world(void) { 80483b4: 55 push %ebp 80483b5: 89 e5 mov %esp,%ebp 80483b7: 83 ec 08 sub $0x8,%esp printf("Hello world!\n"); 80483ba: c7 04 24 b4 84 04 08 movl $0x80484b4,(%esp) 80483c1: e8 2a ff ff ff call 80482f0 <puts@plt>
return; } 80483c6: c9 leave 80483c7: c3 ret
080483c8 <main>:
int main(int argc, char* argv[]) { 80483c8: 8d 4c 24 04 lea 0x4(%esp),%ecx 80483cc: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp 80483cf: ff 71 fc pushl -0x4(%ecx) 80483d2: 55 push %ebp 80483d3: 89 e5 mov %esp,%ebp 80483d5: 51 push %ecx 80483d6: 83 ec 04 sub $0x4,%esp hello_world(); 80483d9: e8 d6 ff ff ff call 80483b4 <hello_world>
return 0; 80483de: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax }

调用hello_world时，汇编代码对应于call   80483b4 <hello_world>，这是个绝对地址。hello_world是在可执行文件中，可执行文件是加载到一个固定地址的，因此hello_world的地址是确定的。

调用printf时，汇编代码对应于call   80482f0 <puts@plt>，这是个绝对地址。但函数名却是puts@plt，这是怎么回事呢？puts@plt显然是编译器加的一个中间函数，我们看一下这个函数对应的汇编代码：

现在我们用调试器分析一下：

gdb test

(gdb) b main Breakpoint 1 at 0×80483d9: file test.c, line 12. (gdb) r Starting program: /root/test/plt/test

Breakpoint 1, main () at test.c:12 12 hello_world();

puts@plt先跳到*0×804962c，我们看看*0×804962c里有什么？ (gdb) x 0×804962c 0×804962c <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+20>:   0×080482f6

*0×804962c等于0×080482f6，这正是puts@plt中的第二行汇编代码的地址。也就是说puts@plt整个函数会顺序执行，直到跳转到0×80482c0.

再来看看0×80482c0处有什么，通过汇编可以看到： ff 25 20 96 04 08 jmp    *0×8049620

又跳到了*0×8049620，转的弯真多，没关系，我们再看*0×8049620： (gdb) x 0×8049620 0×8049620 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+8>:    0×009ce4c0 (gdb) x /wa 0×009ce4c0 0×9ce4c0 <_dl_runtime_resolve>: 0×8b525150

原来转来转去就是为了调用函数_dl_runtime_resolve， _dl_runtime_resolve的功能就是找到要调用函数(puts)的地址。

为什么不直接调用_dl_runtime_resolve，而要转这么多圈子呢？

先执行完这个函数hello_world： (gdb) n

再回头来看看puts@plt的第一行代码：

80482f0:   ff 25 2c 96 04 08 jmp    *0×804962c

(gdb) x 0×804962c 0×804962c <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+20>:   0xa39a60 <puts> 对比前面的: (gdb) x 0×804962c 0×804962c <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+20>:   0×080482f6

也就是说第一次执行时，通过_dl_runtime_resolve解析到函数地址，并保存puts的地址到0×804962c里，以后执行时就直接调用了。

转自：http://apps.hi.baidu.com/share/detail/24654313

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/*如果是第一次的函数调用，它所走的路线就是我在上图中用红线标出的，而要是在第二次以后调用，那就是蓝线所标明的。*/

最后我们讨论ELF文件的动态连接机制。每一个外部定义的符号在全局偏移表 (Global Offset Table GOT)中有相应的条目,如果符号是函数则在过程连接表(Procedure Linkage Table PLT)中也有相应的条目，且一个PLT条目对应一个GOT条目。对外部定义函数解析可能是整个ELF文件规范中最复杂的，下面是函数符号解析过程的一个 描述。

1：代码中调用外部函数func,语句形式为call 0xaabbccdd,地址0xaabbccdd实际上就是符号func在PLT表中对应的条目地址（假设地址为标号.PLT2）。

2：PLT表的形式如下

.PLT0: pushl          4(%ebx)           /* GOT表的地址保存在寄存器ebx中 */ jmp            *8(%ebx) nop; nop nop; nop .PLT1: jmp            *name1@GOT(%ebx) pushl          $offset jmp            .PLT0@PC .PLT2: jmp            *func@GOT(%ebx) pushl          $offset jmp            .PLT0@PC

3：查看标号.PLT2的语句,实际上是跳转到符号func在GOT表中对应的条目。

4：在符号没有重定位前，GOT表中此符号对应的地址为标号.PLT2的下一条语句，即是pushl offset，其中 offset，其中
offset是符号func的重定位偏移量。注意到这是一个二次跳转。

5：在符号func的重定位偏移量压栈后,控制跳到PLT表的第一条目（.PLT0），把GOT[1]的内容（放置了用来标识特定库的代码）压栈，并跳转到GOT[2]对应的地址。

6：GOT[2]对应的实际上是动态符号解析函数的代码，在对符号func的地址解析后，会把func在内存中的地址设置到GOT表中此符号对应的条目中。

7：当第二次调用此符号时，GOT表中对应的条目已经包含了此符号的地址，就可直接调用而不需要利用PLT表进行跳转。

动态连接是比较复杂的，但为了获得灵活性的代价通常就是复杂性。其最终目的是把GOT表中条目的值修改为符号的真实地址，这也可解释节.got包含在可读可写段中。