【问题标题】:Who performs runtime relocations?谁执行运行时重定位?
【发布时间】:2021-10-08 12:19:22
【问题描述】:

我试图更好地了解 Linux 中的运行时重定位,特别是在不同情况下执行它们的人。以下是我目前的理解,准确吗?

  • 位置相关的静态链接可执行文件 - 无需运行时重定位
  • 动态链接的可执行文件 - 动态链接器 (ld.so) 加载库,然后执行重定位
  • 静态链接的 PIE - libc 启动代码执行重定位
  • 动态链接器本身 - ld.so 是一个自重定位二进制文​​件

谢谢

【问题讨论】:

    标签: linux elf dynamic-linking relocation


    【解决方案1】:

    你的答案都是(大部分)正确的。

    您可以使用调试器观察重定位发生的位置,并确认您的理解。

    例子:

    #include <stdio.h>
    
    int main()
    {
      printf("%d\n", 123);
      return 0;
    }
    

    让我们从依赖位置的动态链接二进制文件开始。

    gcc -g -fno-pie -no-pie t.c
    gdb -q ./a.out
    Reading symbols from ./a.out...
    (gdb) starti
    Starting program: /tmp/a.out
    
    Program stopped.
    0x00007ffff7fd2090 in _start () from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
    (gdb) disas main
    Dump of assembler code for function main:
       0x0000000000401126 <+0>:     push   %rbp
       0x0000000000401127 <+1>:     mov    %rsp,%rbp
       0x000000000040112a <+4>:     mov    $0x7b,%esi
       0x000000000040112f <+9>:     mov    $0x402010,%edi
       0x0000000000401134 <+14>:    mov    $0x0,%eax
       0x0000000000401139 <+19>:    call   0x401030 <printf@plt>
       0x000000000040113e <+24>:    mov    $0x0,%eax
       0x0000000000401143 <+29>:    pop    %rbp
       0x0000000000401144 <+30>:    ret
    End of assembler dump.
    
    (gdb) disas 0x401030
    Dump of assembler code for function printf@plt:
       0x0000000000401030 <+0>:     jmp    *0x2fe2(%rip)        # 0x404018 <printf@got.plt>
       0x0000000000401036 <+6>:     push   $0x0
       0x000000000040103b <+11>:    jmp    0x401020
    End of assembler dump.
    

    这里我们可以看到要重定位的地址是0x404018。让我们看看该地址在哪里更新:

    (gdb) watch *(void**)0x404018
    Hardware watchpoint 1: *(void**)0x404018
    (gdb) c
    Continuing.
    
    Hardware watchpoint 1: *(void**)0x404018
    
    Old value = (void *) 0x401036 <printf@plt+6>
    New value = (void *) 0x7ffff7e54270 <printf>
    0x00007ffff7fe0f10 in _dl_fixup (l=<optimized out>, reloc_arg=<optimized out>) at dl-runtime.c:146
    146     dl-runtime.c: No such file or directory.
    (gdb) bt
    #0  0x00007ffff7fe0f10 in _dl_fixup (l=<optimized out>, reloc_arg=<optimized out>) at dl-runtime.c:146
    #1  0x00007ffff7fe84fe in _dl_runtime_resolve_xsavec () at ../sysdeps/x86_64/dl-trampoline.h:126
    #2  0x000000000040113e in main () at t.c:5
    
    (gdb) info symbol $pc
    _dl_fixup + 288 in section .text of /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
    

    所以在动态链接非饼图的情况下,确实是动态加载器执行重定位。

    注意:这是一个惰性重定位,并且在 main 已经运行之后按需发生。

    如果我们让它成为非惰性的,它会在调用 main 之前由ld.so 执行:

    gcc -g -fno-pie -no-pie t.c -Wl,-z,now
    

    重复以上步骤,观察main之前发生的重定位:

    (gdb) run
    Starting program: /tmp/a.out
    
    Hardware watchpoint 1: *(void**)0x403fe8
    
    Old value = (void *) 0x401036 <printf@plt+6>
    New value = (void *) 0x7ffff7e54270
    elf_machine_rela (skip_ifunc=<optimized out>, reloc_addr_arg=<optimized out>, version=<optimized out>, sym=<optimized out>, reloc=<optimized out>, map=<optimized out>)
        at ../sysdeps/x86_64/dl-machine.h:464
    464     ../sysdeps/x86_64/dl-machine.h: No such file or directory.
    (gdb) bt
    #0  elf_machine_rela (skip_ifunc=<optimized out>, reloc_addr_arg=<optimized out>, version=<optimized out>, sym=<optimized out>, reloc=<optimized out>, map=<optimized out>)
        at ../sysdeps/x86_64/dl-machine.h:464
    #1  elf_dynamic_do_Rela (skip_ifunc=<optimized out>, lazy=<optimized out>, nrelative=<optimized out>, relsize=<optimized out>, reladdr=<optimized out>, map=0x7ffff7ffe1a0)
        at do-rel.h:137
    #2  _dl_relocate_object (l=l@entry=0x7ffff7ffe1a0, scope=<optimized out>, reloc_mode=<optimized out>, consider_profiling=<optimized out>, consider_profiling@entry=0)
        at dl-reloc.c:274
    #3  0x00007ffff7fd555b in dl_main (phdr=<optimized out>, phnum=<optimized out>, user_entry=<optimized out>, auxv=<optimized out>) at rtld.c:2341
    #4  0x00007ffff7fec1a2 in _dl_sysdep_start (start_argptr=start_argptr@entry=0x7fffffffe380, dl_main=dl_main@entry=0x7ffff7fd34c0 <dl_main>) at ../elf/dl-sysdep.c:252
    #5  0x00007ffff7fd3021 in _dl_start_final (arg=0x7fffffffe380) at rtld.c:504
    #6  _dl_start (arg=0x7fffffffe380) at rtld.c:597
    #7  0x00007ffff7fd2098 in _start () from /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
    

    重复其他构建组合。

    【讨论】:

    • 感谢您的详细解答! “大部分”是指懒惰与非懒惰还是我错过了另一件事?
    • @uvuv 是的:“加载库然后执行重定位”向我暗示“加载程序在运行二进制文件之前执行所有重定位”,这在惰性情况下是不正确的。但也许你不是那个意思?
    • 我是认真的,谢谢指正!只是好奇是否还有其他问题
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