NJUOS-17-动态链接和加载

本次课回答的问题

• Q1: 可执行文件是如何被操作系统加载的？
• Q2: 什么是动态链接/动态加载？

本次课主要内容

• 若干真正的静态 ELF 加载器
• 动态链接和加载

静态 ELF 加载器：实现

/usr/include/elf.h -> 有我们想知道的elf文件的全部信息！！！很好用！！！

Readelf -h /bin/ls -> 可以看到和上面类似的，X86_64的信息，也是可以从elf文件中获取出来的昂！

在操作系统上实现 ELF Loader

可执行文件

• 一个描述了状态机的初始状态 (迁移) 的数据结构
  • 不同于内存里的数据结构，“指针” 都被 “偏移量” 代替
  • 数据结构各个部分定义：/usr/include/elf.h

---

加载器 (loader)

• 解析数据结构 + 复制到内存 + 跳转
• 创建进程运行时初始状态 (argv, envp, …)
  • loader-static.c
    • 可以加载任何静态链接的代码 minimal.S, dfs-fork.c
    • 并且能正确处理参数/环境变量 env.c
  • RTFM: System V ABI Figure 3.9 (Initial Process Stack)

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <elf.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

#define STK_SZ           (1 << 20)
#define ROUND(x, align)  (void *)(((uintptr_t)x) & ~(align - 1))
#define MOD(x, align)    (((uintptr_t)x) & (align - 1))
#define push(sp, T, ...) ({ *((T*)sp) = (T)__VA_ARGS__; sp = (void *)((uintptr_t)(sp) + sizeof(T)); })

void execve_(const char *file, char *argv[], char *envp[]) {
  // WARNING: This execve_ does not free process resources.
  int fd = open(file, O_RDONLY);
  assert(fd > 0);
  Elf64_Ehdr *h = mmap(NULL, 4096, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
  assert(h != (void *)-1);
  assert(h->e_type == ET_EXEC && h->e_machine == EM_X86_64);

  Elf64_Phdr *pht = (Elf64_Phdr *)((char *)h + h->e_phoff);
  for (int i = 0; i < h->e_phnum; i++) {
    Elf64_Phdr *p = &pht[i];
    if (p->p_type == PT_LOAD) {
      int prot = 0;
      if (p->p_flags & PF_R) prot |= PROT_READ;
      if (p->p_flags & PF_W) prot |= PROT_WRITE;
      if (p->p_flags & PF_X) prot |= PROT_EXEC;
      void *ret = mmap(
        ROUND(p->p_vaddr, p->p_align),              // addr, rounded to ALIGN
        p->p_memsz + MOD(p->p_vaddr, p->p_align),   // length
        prot,                                       // protection
        MAP_PRIVATE | MAP_FIXED,                    // flags, private & strict
        fd,                                         // file descriptor
        (uintptr_t)ROUND(p->p_offset, p->p_align)); // offset
      assert(ret != (void *)-1);
      memset((void *)(p->p_vaddr + p->p_filesz), 0, p->p_memsz - p->p_filesz);
    }
  }
  close(fd);

  static char stack[STK_SZ], rnd[16];
  void *sp = ROUND(stack + sizeof(stack) - 4096, 16);
  void *sp_exec = sp;
  int argc = 0;

  // argc
  while (argv[argc]) argc++;
  push(sp, intptr_t, argc);
  // argv[], NULL-terminate
  for (int i = 0; i <= argc; i++)
    push(sp, intptr_t, argv[i]);
  // envp[], NULL-terminate
  for (; *envp; envp++) {
    if (!strchr(*envp, '_')) // remove some verbose ones
      push(sp, intptr_t, *envp);
  }
  // auxv[], AT_NULL-terminate
  push(sp, intptr_t, 0);
  push(sp, Elf64_auxv_t, { .a_type = AT_RANDOM, .a_un.a_val = (uintptr_t)rnd } );
  push(sp, Elf64_auxv_t, { .a_type = AT_NULL } );

  asm volatile(
    "mov $0, %%rdx;" // required by ABI
    "mov %0, %%rsp;"
    "jmp *%1" : : "a"(sp_exec), "b"(h->e_entry));
}

int main(int argc, char *argv[], char *envp[]) {
  if (argc < 2) {
    fprintf(stderr, "Usage: %s file [args...]\n", argv[0]);
    exit(1);
  }
  execve_(argv[1], argv + 1, envp);
}

• 使用

gcc loader-static.c -o loader
./loader minimal
./loader dfs
./loader env

• Strace ./loader minimal:

不是loader的第一个系统调用是execve,而是shell解释器调用的execve，让loader跑起来了。loader执行过程中，没有调用任何的execve，但是让程序正常跑起来了。

自定义loader，把要加在的，ELF中的代码段，数据段给mmap映射到当前进程虚拟地址空间对应的区域中，并让其跑起来！！！

Loader相当于根据ELF文件的数据结构，把ELF文件放入内存，设置好堆栈之类的，就能跑了！！！

• 上面的RTFM里面，就有很多的内容：

Loader是可以自己手动实现的！！！

内存按照手册放好了，就可以很简单的实现一个loader。loader无非就是一个，把ELF文件中的数据结构解析，放进内存和寄存器中的对应位置，并让其执行起来的程序嘛！！！

• 回想execve这个API，不也类似的？底层就是由open, mmap, close调用组合而成的。帮助我们将状态机的位置“set”好，数据结构都放好，然后就能够正常执行啦！！！
• execve是内核态的，我们的代码还是用户态的呢。用户态就能完成这个操作，不需要进入操作系统内核哇。诶嘿，那我们自己做操作系统的时候，是不是就可以不用写类似的API。Loader写好，所有的程序通过Loader进行加载就行，程序就是先执行loader，再让loader构造好内存空间，执行loader对应的程序内容的加载和放置呢？

Boot Block Loader

加载操作系统内核？

• 也是一个 ELF 文件
• 解析数据结构 + 复制到内存 + 跳转

---

bootmain.c (i386/x86-64 通用)

• 之前给大家调试过
  • 不花时间调试了
  • 马上有重磅主角登场

#include <stdint.h>
#include <elf.h>
#include <x86/x86.h>

#define SECTSIZE 512
#define ARGSIZE  1024

static inline void wait_disk(void) {
  while ((inb(0x1f7) & 0xc0) != 0x40);
}

static inline void read_disk(void *buf, int sect) {
  wait_disk();
  outb(0x1f2, 1);
  outb(0x1f3, sect);
  outb(0x1f4, sect >> 8);
  outb(0x1f5, sect >> 16);
  outb(0x1f6, (sect >> 24) | 0xE0);
  outb(0x1f7, 0x20);
  wait_disk();
  for (int i = 0; i < SECTSIZE / 4; i ++) {
    ((uint32_t *)buf)[i] = inl(0x1f0);
  }
}

static inline void copy_from_disk(void *buf, int nbytes, int disk_offset) {
  uint32_t cur  = (uint32_t)buf & ~(SECTSIZE - 1);
  uint32_t ed   = (uint32_t)buf + nbytes;
  uint32_t sect = (disk_offset / SECTSIZE) + (ARGSIZE / SECTSIZE) + 1;
  for(; cur < ed; cur += SECTSIZE, sect ++)
    read_disk((void *)cur, sect);
}

static void load_program(uint32_t filesz, uint32_t memsz, uint32_t paddr, uint32_t offset) {
  copy_from_disk((void *)paddr, filesz, offset);
  char *bss = (void *)(paddr + filesz);
  for (uint32_t i = filesz; i != memsz; i++) {
    *bss++ = 0;
  }
}

static void load_elf64(Elf64_Ehdr *elf) {
  Elf64_Phdr *ph = (Elf64_Phdr *)((char *)elf + elf->e_phoff);
  for (int i = 0; i < elf->e_phnum; i++, ph++) {
    load_program(
      (uint32_t)ph->p_filesz,
      (uint32_t)ph->p_memsz,
      (uint32_t)ph->p_paddr,
      (uint32_t)ph->p_offset
    );
  }
}

static void load_elf32(Elf32_Ehdr *elf) {
  Elf32_Phdr *ph = (Elf32_Phdr *)((char *)elf + elf->e_phoff);
  for (int i = 0; i < elf->e_phnum; i++, ph++) {
    load_program(
      (uint32_t)ph->p_filesz,
      (uint32_t)ph->p_memsz,
      (uint32_t)ph->p_paddr,
      (uint32_t)ph->p_offset
    );
  }
}

void load_kernel(void) {
  Elf32_Ehdr *elf32 = (void *)0x8000;
  Elf64_Ehdr *elf64 = (void *)0x8000;
  int is_ap = boot_record()->is_ap;

  if (!is_ap) {
    // load argument (string) to memory
    copy_from_disk((void *)MAINARG_ADDR, 1024, -1024);
    // load elf header to memory
    copy_from_disk(elf32, 4096, 0);
    if (elf32->e_machine == EM_X86_64) {
      load_elf64(elf64);
    } else {
      load_elf32(elf32);
    }
  } else {
    // everything should be loaded
  }

  if (elf32->e_machine == EM_X86_64) {
    ((void(*)())(uint32_t)elf64->e_entry)();
  } else {
    ((void(*)())(uint32_t)elf32->e_entry)();
  }
}

操作系统内核的Boot Loader本质上干的事情是一样的

BootLoader启动的时候，将操作系统(Kernel)这个ELF文件，搬到我们的内存里面来，然后把它跑起来。Loader都是一样的，创建一个状态机。但是区别在于：BootLoader的时候，操作系统并不存在！！！从磁盘把内容搬入内容，还需要别的机制（RTFM），调用一些硬件指令，把操作系统代码搬进来。然后一样的，进行ELF解析，把操作系统运行起来！！！

Linux 内核闪亮登场

老师演示了一个能跑的Linux，编译之后，发现没有任何区别昂！！！也就是一个ELF文件而已昂！！！原视频40min开始，建议去看看，视频链接在References里面。

编译好，专门有make debug，甚至可以gdb调试linux的启动…太恐怖了……没有任何的魔法！！！

loader-static.c, bootmain.c 和 Linux 有本质区别吗？没有！

• 解压缩源码包

• make menuconfig (生成 .config 文件)

• make bzImage -j8
    - 顺便给 Kernel 个补丁 (kernel/exit.c)
  
  ------
  
  编译结果
  
  - vmlinux (ELF 格式的内核二进制代码)
  - vmlinuz (压缩的镜像，可以直接被 QEMU 加载)
  - readelf 入口地址 0x1000000 (物理内存 16M 位置)
    - `__startup_64`: [RTFSC](https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/arch/x86/kernel/head64.c#L165); 调试起来！
    - 时刻告诉自己：不要怕，就是状态机 (和你们的 lab 完全一样)
  
  ```c
  #include <stdint.h>
  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <unistd.h>
  #include <assert.h>
  #include <elf.h>
  #include <fcntl.h>
  #include <sys/mman.h>
  
  #define STK_SZ           (1 << 20)
  #define ROUND(x, align)  (void *)(((uintptr_t)x) & ~(align - 1))
  #define MOD(x, align)    (((uintptr_t)x) & (align - 1))
  #define push(sp, T, ...) ({ *((T*)sp) = (T)__VA_ARGS__; sp = (void *)((uintptr_t)(sp) + sizeof(T)); })
  
  void execve_(const char *file, char *argv[], char *envp[]) {
    // WARNING: This execve_ does not free process resources.
    int fd = open(file, O_RDONLY);
    assert(fd > 0);
    Elf64_Ehdr *h = mmap(NULL, 4096, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    assert(h != (void *)-1);
    assert(h->e_type == ET_EXEC && h->e_machine == EM_X86_64);
  
    Elf64_Phdr *pht = (Elf64_Phdr *)((char *)h + h->e_phoff);
    for (int i = 0; i < h->e_phnum; i++) {
      Elf64_Phdr *p = &pht[i];
      if (p->p_type == PT_LOAD) {
        int prot = 0;
        if (p->p_flags & PF_R) prot |= PROT_READ;
        if (p->p_flags & PF_W) prot |= PROT_WRITE;
        if (p->p_flags & PF_X) prot |= PROT_EXEC;
        void *ret = mmap(
          ROUND(p->p_vaddr, p->p_align),              // addr, rounded to ALIGN
          p->p_memsz + MOD(p->p_vaddr, p->p_align),   // length
          prot,                                       // protection
          MAP_PRIVATE | MAP_FIXED,                    // flags, private & strict
          fd,                                         // file descriptor
          (uintptr_t)ROUND(p->p_offset, p->p_align)); // offset
        assert(ret != (void *)-1);
        memset((void *)(p->p_vaddr + p->p_filesz), 0, p->p_memsz - p->p_filesz);
      }
    }
    close(fd);
  
    static char stack[STK_SZ], rnd[16];
    void *sp = ROUND(stack + sizeof(stack) - 4096, 16);
    void *sp_exec = sp;
    int argc = 0;
  
    // argc
    while (argv[argc]) argc++;
    push(sp, intptr_t, argc);
    // argv[], NULL-terminate
    for (int i = 0; i <= argc; i++)
      push(sp, intptr_t, argv[i]);
    // envp[], NULL-terminate
    for (; *envp; envp++) {
      if (!strchr(*envp, '_')) // remove some verbose ones
        push(sp, intptr_t, *envp);
    }
    // auxv[], AT_NULL-terminate
    push(sp, intptr_t, 0);
    push(sp, Elf64_auxv_t, { .a_type = AT_RANDOM, .a_un.a_val = (uintptr_t)rnd } );
    push(sp, Elf64_auxv_t, { .a_type = AT_NULL } );
  
    asm volatile(
      "mov $0, %%rdx;" // required by ABI
      "mov %0, %%rsp;"
      "jmp *%1" : : "a"(sp_exec), "b"(h->e_entry));
  }
  
  int main(int argc, char *argv[], char *envp[]) {
    if (argc < 2) {
      fprintf(stderr, "Usage: %s file [args...]\n", argv[0]);
      exit(1);
    }
    execve_(argv[1], argv + 1, envp);
  }
  

调试 Linux Kernel ELF Loader

fs/binfmt_elf.c: load_elf_binary

• 这里我们看到了 Linux Kernel 里的面向对象 (同我们的 oslab)

---

让我们愉快地打个断点……

• 当然是使用正确的工具了

  • script/gen_compile_commands.py
        - 思考题: 如何实现 “自动” 获得所有编译选项的工具？
    
        > 上面生成的这个东西，就能够放到vscode里面，作为配置进行使用的。
    
      - vscode 快捷键
    
        - ⌃/⌘ + P (`@`, `#`)
        - ⌃/⌘ + ⇧ + P - 任何你不知道按什么键的时候，搜索！
    
      - Linux Kernel 也不过如此！
    
        - 你们需要一个 “跨过一道坎” 的过程
    
    > vscode配置好，就很好用！！！现代化的工具还是必要的！！！！！！
    >
    > 配置好了之后，可以直接在vscode里面启动整个linux内核代码！！！！！！甚至可以打断点，命令行里输入，vscode里面就可以追踪处理昂！！！
    
    ![image-20230103164057027](https://cdn.jsdelivr.net/gh/alexanderliu-creator/blog_img/img/202301031640072.png)
    
    > 和我们的操作没有本质区别呀，也是遍历ELF的(PHT, Program Header Table)，并进行校验处理！
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    # 动态链接和加载
    
    ## “拆解应用程序” 的需求
    
    > 随着库函数越来越大，希望项目能够 “运行时链接”。
    
    ![image-20230103164703924](https://cdn.jsdelivr.net/gh/alexanderliu-creator/blog_img/img/202301031647970.png)
    
    > 模块儿化方便更新！！！也减少了很多内存占用！！！
    
    减少库函数的磁盘和内存拷贝
    
    - 每个可执行文件里都有所有库函数的拷贝那也太浪费了
    - 只要大家遵守基本约定，不挑库函数的版本
      - “[Semantic Versioning](https://semver.org/)”
      - 否则发布一个新版本就要重新编译全部程序
    
    ------
    
    大型项目的分解
    
    - 编译一部分，不用重新链接
    - libjvm.so, libart.so, ...
      - NEMU: “把 CPU 插上 board”
    
    ![image-20230103164953442](https://cdn.jsdelivr.net/gh/alexanderliu-creator/blog_img/img/202301031649529.png)
    
    > 甚至可以动态换CPU...抽象成一个动态链接就好了。
    
    ## 动态链接：今天不讲 ELF
    
    和 ELF battle 的每一年：讲着讲着就讲不下去了
    
    - 其实不是讲不清楚，是大家跟不上
      - 根本原因：概念上紧密相关的东西在数据结构中被强行 “拆散” 了
        - `GOT[0]`, `GOT[1]`, ... ???
    
    ------
    
    换一种方法
    
    - 如果编译器、链接器、加载器都受你控制
    - 你怎么设计、实现一个 “最直观” 的动态链接格式？
      - 再去考虑怎么改进它，你就得到了 ELF！
    - **假设编译器可以为你生成位置无关代码 (PIC)**
    
    ![image-20230103165509889](https://cdn.jsdelivr.net/gh/alexanderliu-creator/blog_img/img/202301031655933.png)
    
    ## 设计一个新的二进制文件格式
    
    > **动态链接的符号查表就行了嘛。**
    
    ```c
    DL_HEAD
    
    LOAD("libc.dl") # 加载动态库
    IMPORT(putchar) # 加载外部符号
    EXPORT(hello)   # 为动态库导出符号
    
    DL_CODE
    
    hello:
      ...
      call DSYM(putchar) # 动态链接符号
      ...
    
    DL_END
    

• 四个需求：

  • 加载动态库
  • 加载外部符号
  • 为动态库导出符号
  • 动态链接符号

用最小代价为 .dl 文件配齐全套工具链

编译器

• 开局一条狗，出门全靠偷 (GCC, GNU as)

---

binutils

• ld = objcopy (偷来的)
• as = GNU as (偷来的)
• 剩下的就需要自己动手了
  • readdl (readelf)
  • objdump
  • 你同样可以山寨 addr2line, nm, objcopy, …

---

和最重要的加载器

• 这个也得自己动手了

动态链接：实现

头文件

• dl.h (数据结构定义)

#define REC_SZ 32
#define DL_MAGIC "\x01\x14\x05\x14"

#ifdef __ASSEMBLER__
  #define DL_HEAD     __hdr: \
                      /* magic */    .ascii DL_MAGIC; \
                      /* file_sz */  .4byte (__end - __hdr); \
                      /* code_off */ .4byte (__code - __hdr)
  #define DL_CODE     .fill REC_SZ - 1, 1, 0; \
                      .align REC_SZ, 0; \
                      __code:
  #define DL_END      __end:

  #define RECORD(sym, off, name) \
    .align REC_SZ, 0; \
    sym .8byte (off); .ascii name

  #define IMPORT(sym) RECORD(sym:,           0, "?" #sym "\0")
  #define EXPORT(sym) RECORD(    , sym - __hdr, "#" #sym "\0")
  #define LOAD(lib)   RECORD(    ,           0, "+" lib  "\0")
  #define DSYM(sym)   *sym(%rip)
#else
  #include <stdint.h>

  struct dl_hdr {
    char magic[4];
    uint32_t file_sz, code_off;
  };

  struct symbol {
    int64_t offset;
    char type, name[REC_SZ - sizeof(int64_t) - 1];
  };
#endif

---

“全家桶” 工具集

• dlbox.c (gcc, readdl, objdump, interp)

---

示例代码

• libc.S - 提供 putchar 和 exit

• libhello.S - 调用 putchar, 提供 hello

• main.S

  调用 hello, 提供 main

  • (假装你的高级语言编译器可以生成这样的汇编代码)

---

使用：

gcc dlbox.c -g
./dlbox gcc libc.S
./dlbox gcc libhello.S
./dlbox gcc main.S

工具链可以生成我们自定义的二进制文件的格式。

动态链接过程解析(dl)

动态调用DYSM会被翻译成间接跳转，指向符号表里面对应的位置昂！

• 翻译后的结果：

动态链接的过程：

• 如果你想要跳转到一块你不知道的地址上，你就先找一块儿数据填上0
• 做一个间接跳转的书写，跳转过去，比如call *hello(%rip)
• 加载器在加载的时候，就会把对应的位置地址填上。（间接调用嗷，static就是直接调用啦！！！）

上面就是导出的函数的格式，加载器就能够知道，putchar方法在哪里，就可以对于上面动态导入的地方，就进行替换了昂！！！就是在 ld 的时候把要动态链接的地址找出来填上。

可以看到我们的二进制文件，对应的格式就是上面咱定义的！！！

readdl无非就是对于我们上面的符号表进行扫描嘛！！！符号表里面+就是要Load，?就是外部链接，#就打印发好地址。

objdump也是遍历符号表，但是还会遍历代码的每一个字节。如果代码的某一个字节，刚好对应了一个符号的时候，我们就扔给反汇编器，帮我们解释出来，就实现了一个dl -> 汇编的东西！！！

interpreter一样的，遍历符号表，如果找到一个是main的话，就赋值给一个函数指针。找到这个符号，直接执行它就可以了昂！！！

加载器最核心部分，dl_open，非常简单！！！解析文件头，知道文件有多大，然后直接mmap映射到内存里。就开始遍历！！！如果符号表里面是+，我们就递归加载dependency，如果是？，我们会解析这个符号（直接给它赋值，注意，就是这一行进行动态的链接更新的，把上面说到的0的地方，改成符号的真实地址昂！！！）

二进制文件就是个头 + 符号表 + 代码，就有动态链接的功能了昂。

重新回到 ELF

解决 dl 文件的设计缺陷

我们设计的dl是最简单的，这个小例子就拥有动态链接的功能了。但是真实的ELF，远远考虑的更多，我们考虑的情况，其实是有很多的缺陷的昂！！！

存储保护和加载位置

• 允许将 .dl 中的一部分以某个指定的权限映射到内存的某个位置 (program header table)

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允许自由指定加载器 (而不是 dlbox)

• 加入 INTERP

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空间浪费

• 字符串存储在常量池，统一通过 “指针” 访问
  • 这是带来 ELF 文件难读的最根本原因

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其他：不那么重要

• 按需 RTFM/RTFSC

另一个重要的缺陷

#define DSYM(sym)   *sym(%rip)

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DSYM 是间接内存访问

extern void foo();
foo();

一种写法，两种情况

• 来自其他编译单元 (静态链接)
  • 例如我们有a.o和b.o，ld成a.out，链接到同一个binary中，还间接跳转都很不聪明啦！！！（但是ld中，我们必须这么指定昂！！！）
  • 直接 PC 相对跳转即可 -> 这种情况下，间接跳转效率太低了！！！
• 动态链接库
  • 必须查表 (编译时不能决定) -> 这种情况下，必须间接跳转了，因为我们当前的这个binary中，没有哇orz……

“发明” GOT & PLT

针对上面遇到的这种问题，我们统一编译成，相对于rip简单的call。但是如果链接的时候，我们发现这个是一个动态链接库，外部的符号，我们就必须call PLT对应的Entry -> 发明了GOT和PLT！！！

我们的 “符号表” 就是 Global Offset Table (GOT)

• 这下你不会理解不了 GOT 的概念了！
  • 概念和名字都不重要，发明的过程才重要

通过自己定义的一个小的二进制文件，我们就明白了ELF同样的，设计的一些初衷！！！

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统一静态/动态链接：都用静态！

• 增加一层 indirection: Procedure Linkage Table (PLT)
• 所有未解析的符号都统一翻译成 call
  • 现代处理器都对这种跳转做了一定的优化 (e.g., BTB)

putchar@PLT:
  call DSYM(putchar) # in ELF: jmp *GOT[n]

main:
  call putchar@PLT

再次回到 printf

你会发现和我们的 “最小” 二进制文件几乎完全一样！

看到PLT对应的，下面这个，其实就类似于call *hello(%rip)，哦，就是加载上填上的东西呀！！！

• ELF 还有一些额外的 hack (比如可以 lazy binding)

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00000000000010c0 <printf@plt>:
    10c0:  endbr64 
    10c4:  bnd jmpq *0x2efd(%rip) # DSYM(printf)
    10cb:  nopl 0x0(%rax,%rax,1)

00000000000011c9 <main>:
    ...
    1246:  callq  10c0 <printf@plt>

最后还一个问题：数据

如果我们想要引用动态链接库里的数据？

• 数据不能增加一层 indirection

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stdout/errno/environ 的麻烦

• 多个库都会用；但应该只有一个副本！

由加载器来保证，世界里只有一个副本昂！！！

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当然是做实验了！

• readelf 看看 stdout 有没有不同
• 再用 gdb 设一个 watch point
  • 原来被特殊对待了
  • 算是某种 “摆烂” (workaround) 了

总结

本次课回答的问题

• Q1: 可执行文件是如何被操作系统加载的？
• Q2: 什么是动态链接/动态加载？

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Take-away messages

• 加载器

  • 借助底层机制把数据结构按 specification “搬运”

• 动态链接/加载

  • GOT, PLT 和最小二进制文件

• 啪的一下！很快啊！

  我们就进入了操作系统内核

  • 没什么难的，就是个普通 C 程序

References

1. /usr/include/elf.h -> 有我们想知道的elf文件的全部信息
2. readelf和objdump工具在mac下的安装：https://www.cnblogs.com/zlcxbb/p/6059517.html
3. file /bin/ls

alex ~  $ file /bin/ls
/bin/ls: Mach-O universal binary with 2 architectures: [x86_64:Mach-O 64-bit executable x86_64] [arm64e:Mach-O 64-bit executable arm64e]
/bin/ls (for architecture x86_64):	Mach-O 64-bit executable x86_64
/bin/ls (for architecture arm64e):	Mach-O 64-bit executable arm64e

4. 读elf文件：readelf /bin/ls，读elf文件头：readelf -h /bin/ls
5. :set no wrap
6. vedio link: https://www.bilibili.com/video/BV1wL4y1L72C/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=ff957cd8fbaeb55d52afc75fbcc87dfd
7. .so文件：https://blog.csdn.net/wangquan1992/article/details/113770115
8. dsym: https://www.jianshu.com/p/ec695ef26891
9. !xxd main.dl