有一个问题是我们调用了动态链接库里面的函数，我们怎么知道动态链接库里面的函数的地址呢？事实上，直到我们第一次调用这个函数，我们并不知道这个函数的地址，这个功能要做延迟绑定 lazy bind。 因为程序的分支很多，并不是所有的分支都能跑到，想想我们的异常处理，异常处理分支的动态链接库里面的函数也许永远跑不到，所以，一上来就解析所有出现过的动态库里面的函数是个浪费的办法，降低性能并且没有必要。
下面我们看下延迟绑定的效果。我写了个程序，先睡15s，然后pthread_create 一个线程。我们用LD_DEBUG观察符号的解析。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
void* myfunc()
{
while(1)
{
sleep(10);
}
return NULL;
}
int main()
{
sleep(15);
pthread_t tid = 0;
int ret = pthread_create(&tid,NULL,myfunc,NULL);
if(ret)
{
fprintf(stderr,"pthread create failed %m \n");
return -1;
}
ret = pthread_join(tid,NULL);
if(ret)
{
fprintf(stderr,"pthread join failed %m\n");
return -2;
}
return 0;
}
root@libin:~/program/C/plt_got# LD_DEBUG=symbols ./test
2849: symbol=_res; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=_res; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=_res; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
2849: symbol=_IO_file_close; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=_IO_file_close; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=_IO_file_close; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
2849: symbol=rpc_createerr; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=rpc_createerr; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=rpc_createerr; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
...................
2849: transferring control: ./test
2849:
2849: symbol=sleep; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=sleep; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=sleep; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
===================================================================================
然后停了15s，才解析出pthread_create的地址，由此可见，得确是运行时重定位，知道用到这个函数pthread_create才真正去找这个函数的地址。
2849:
2849: symbol=sleep; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=sleep; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=sleep; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
===================================================================================
2849: symbol=pthread_create; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=pthread_create; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=__getpagesize; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=__getpagesize; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=__getpagesize; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
2849: symbol=mmap; lookup in file=./test [0]
2849: symbol=mmap; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libpthread.so.0 [0]
2849: symbol=mmap; lookup in file=/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 [0]
真正动态库中函数地址的解析是第一次调用的时候做的，然后如果再次用到动态库的解析过的函数，就直接用第一次解析的结果。很自然的想法就是，一定有地方存储函数的地址，否则第一次解析出来的结果，第二次调用也没法利用。 这个存储动态库函数的地方就要GOT，Global Offset Table。 OK，我们可以想象，如果我的程序里面用到了6个动态库里面的函数，那个这个GOT里面就应该存有6个条目，每个条目里面存储着对应函数的地址。事实的确是这样：
root@libin:~/program/C/plt_got# readelf -r test
Relocation section '.rel.dyn' at offset 0x394 contains 2 entries:
Offset Info Type Sym.Value Sym. Name
08049ff0 00000206 R_386_GLOB_DAT 00000000 __gmon_start__
0804a020 00000905 R_386_COPY 0804a020 stderr
Relocation section '.rel.plt' at offset 0x3a4 contains 6 entries:
Offset Info Type Sym.Value Sym. Name
0804a000 00000107 R_386_JUMP_SLOT 00000000 pthread_join
0804a004 00000207 R_386_JUMP_SLOT 00000000 __gmon_start__
0804a008 00000407 R_386_JUMP_SLOT 00000000 __libc_start_main
0804a00c 00000507 R_386_JUMP_SLOT 00000000 fprintf
0804a010 00000607 R_386_JUMP_SLOT 00000000 pthread_create
0804a014 00000707 R_386_JUMP_SLOT 00000000 sleep
我们看到了有全局变量stderr和__gmon_start__需要重定位，这些本文并不关心。下面是需要重定位的函数，可以看出，我们调用动态库里面的函数都在这了，fprintf是Glibc库的，pthread_create是pthread库的等等。
动态库里面需要重定位的函数在.got.plt这个段里面，我们看下：
.got.plt这个段的起始地址是0x8049ff4。 .got.plt这个section大小为0x24 = 36,可是我们只有6个需要解析地址的function，4*6=24个字节，只需要24个字节就能存放这6个函数指针。多出来的12个字节是dynamic段地址，ModuleID 和 _dl_runtime_resolve的地址，如下图所示
OK 。我们看一下：
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x8048551: file test.c, line 19.
(gdb) r
Starting program: /home/libin/program/C/plt_got/test
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Breakpoint 1, main () at test.c:19
19 sleep(15);
(gdb) x/24x 0x8049ff4
0x8049ff4 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_>: 0x08049f18 0x0012c8f8 0x00123270 0x0804841a
0x804a004 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+16>: 0x0804842a 0x0015daf0 0x0804844a 0x0804845a
0x804a014 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+32>: 0x0804846a 0x00000000 0x00000000 0x0029c580
0x804a024 <completed.7021>: 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
0x804a034: 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
0x804a044: 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00000000
蓝色的0x0849f18是dynamic段的地址
[21] .dynamic DYNAMIC 08049f18 000f18 0000d8 08 WA 7 0 4
接下来，我们要分析PLT 和GOT的关系了。
(gdb) disas main
....
0x0804857e <+54>: lea 0x1c(%esp),%eax
0x08048582 <+58>: mov %eax,(%esp)
0x08048585 <+61>: call 0x8048454 <pthread_create@plt>
0x0804858a <+66>: mov %eax,0x18(%esp)
0x0804858e <+70>: cmpl $0x0,0x18(%esp)
.....
要执行pthread_create 函数，跳到PLT部分。
libin@libin:~/program/C/plt_got$ objdump -dj .plt test
test: file format elf32-i386
Disassembly of section .plt:
08048404 <pthread_join@plt-0x10>:
8048404: ff 35 f8 9f 04 08 pushl 0x8049ff8
804840a: ff 25 fc 9f 04 08 jmp *0x8049ffc
8048410: 00 00 add %al,(%eax)
...
08048414 <pthread_join@plt>:
8048414: ff 25 00 a0 04 08 jmp *0x804a000
804841a: 68 00 00 00 00 push $0x0
804841f: e9 e0 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
08048424 <__gmon_start__@plt>:
8048424: ff 25 04 a0 04 08 jmp *0x804a004
804842a: 68 08 00 00 00 push $0x8
804842f: e9 d0 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
08048434 <__libc_start_main@plt>:
8048434: ff 25 08 a0 04 08 jmp *0x804a008
804843a: 68 10 00 00 00 push $0x10
804843f: e9 c0 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
08048444 <fprintf@plt>:
8048444: ff 25 0c a0 04 08 jmp *0x804a00c
804844a: 68 18 00 00 00 push $0x18
804844f: e9 b0 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
08048454 <pthread_create@plt>:
8048454: ff 25 10 a0 04 08 jmp *0x804a010
804845a: 68 20 00 00 00 push $0x20
804845f: e9 a0 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
08048464 <sleep@plt>:
8048464: ff 25 14 a0 04 08 jmp *0x804a014
804846a: 68 28 00 00 00 push $0x28
804846f: e9 90 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
PLT部分认为pthread_create函数存放在GOT，0x804a010是GOT里面的一个条目，这个条目存储着pthread_create函数的地址。当第二次以至于第N次调用pthead_create的时候，的的确确存放着pthread_create的地址，但是第一次不行，第一次这个条目里面还没记录这个地址。那么这个条目记录的是什么呢？
(gdb) x/10i 0x8048454
0x8048454 <pthread_create@plt>: jmp *0x804a010
0x804845a <pthread_create@plt+6>: push $0x20
0x804845f <pthread_create@plt+11>: jmp 0x8048404
0x8048464 <sleep@plt>: jmp *0x804a014
0x804846a <sleep@plt+6>: push $0x28
0x804846f <sleep@plt+11>: jmp 0x8048404
0x8048474: add %al,(%eax)
0x8048476: add %al,(%eax)
0x8048478: add %al,(%eax)
0x804847a: add %al,(%eax)
(gdb) x/10x 0x804a010
0x804a010 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+28>: 0x0804845a 0x0804846a 0x00000000 0x00000000
0x804a020 <stderr@@GLIBC_2.0>: 0x0029c580 0x00000000 0x00000000 0x00000000
0x804a030: 0x00000000 0x00000000
0x804a010这个地址最终应该记录的是pthread_create的地址，但是目前还不是，记录的是0x084845a
08048454 <pthread_create@plt>:
8048454: ff 25 10 a0 04 08 jmp *0x804a010
804845a: 68 20 00 00 00 push $0x20
804845f: e9 a0 ff ff ff jmp 8048404 <_init+0x30>
从PLT跳到GOT 找地址，但是第一次找的时候，并不是pthread_create的地址，而是又跳回来PLT，我们看到push了0x20之后，跳到了0x8048404。 每一个PLT的代码段，都是push了一个值之后，跳到了0x8048404。大家可以去上面的图验证。
接下来，我们看0x8048404存放的是啥指令：
(gdb) x/10i 0x8048404
0x8048404: pushl 0x8049ff8
0x804840a: jmp *0x8049ffc
0x8048410: add %al,(%eax)
0x8048412: add %al,(%eax)
0x8048414 <pthread_join@plt>: jmp *0x804a000
0x804841a <pthread_join@plt+6>: push $0x0
0x804841f <pthread_join@plt+11>: jmp 0x8048404
0x8048424 <__gmon_start__@plt>: jmp *0x804a004
0x804842a <__gmon_start__@plt+6>: push $0x8
0x804842f <__gmon_start__@plt+11>: jmp 0x8048404
(gdb) x/10x 0x8049ffc
0x8049ffc <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+8>: 0x00123270 0x0804841a 0x0804842a 0x0015daf0
0x804a00c <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+24>: 0x0804844a 0x0804845a 0x0804846a 0x00000000
0x804a01c <__dso_handle>: 0x00000000 0x0029c580
(gdb) x/10i 0x00123270
0x123270 <_dl_runtime_resolve>: push %eax
0x123271 <_dl_runtime_resolve+1>: push %ecx
0x123272 <_dl_runtime_resolve+2>: push %edx
0x123273 <_dl_runtime_resolve+3>: mov 0x10(%esp),%edx
0x123277 <_dl_runtime_resolve+7>: mov 0xc(%esp),%eax
0x12327b <_dl_runtime_resolve+11>: call 0x11d5a0 <_dl_fixup>
0x123280 <_dl_runtime_resolve+16>: pop %edx
0x123281 <_dl_runtime_resolve+17>: mov (%esp),%ecx
0x123284 <_dl_runtime_resolve+20>: mov %eax,(%esp)
0x123287 <_dl_runtime_resolve+23>: mov 0x4(%esp),%eax
我们看到0x8049ffc就是GOT的第三项，前文提到的dl_runtime_resolve的地址。这个函数将帮助我们将pthread_create函数地址定位，并且填入GOT表的相应位置 0x804a010。
我们watch下GOT pthread_create对应条目，看下这个条目啥时候变化：
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x8048551: file test.c, line 19.
(gdb) r
Starting program: /home/libin/program/C/plt_got/test
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Breakpoint 1, main () at test.c:19
19 sleep(15);
(gdb) watch *0x804a010
Hardware watchpoint 2: *0x804a010
(gdb) c
Continuing.
Hardware watchpoint 2: *0x804a010
Old value = 134513754
New value = 1260912
_dl_fixup (l=<value optimized out>, reloc_arg=<value optimized out>) at dl-runtime.c:155
155 dl-runtime.c: 没有那个文件或目录.
in dl-runtime.c
(gdb) bt
#0 _dl_fixup (l=<value optimized out>, reloc_arg=<value optimized out>) at dl-runtime.c:155
#1 0x00123280 in _dl_runtime_resolve () at ../sysdeps/i386/dl-trampoline.S:37
#2 0x0804858a in main () at test.c:21
(gdb)
看到了，是_dl_runtime_resolve调用了_dl_fixup修改了GOT的对应条目。
(gdb) x/10i 1260912
0x133d70 <__pthread_create_2_1>: push %ebp
0x133d71 <__pthread_create_2_1+1>: mov %esp,%ebp
0x133d73 <__pthread_create_2_1+3>: push %edi
0x133d74 <__pthread_create_2_1+4>: push %esi
0x133d75 <__pthread_create_2_1+5>: push %ebx
0x133d76 <__pthread_create_2_1+6>: call 0x132340 <__i686.get_pc_thunk.bx>
0x133d7b <__pthread_create_2_1+11>: add $0x10279,%ebx
0x133d81 <__pthread_create_2_1+17>: sub $0x4c,%esp
0x133d84 <__pthread_create_2_1+20>: mov 0xc(%ebp),%edx
0x133d87 <__pthread_create_2_1+23>: test %edx,%edx
这是第一次。第二次就比较简单了，因为GOT里面有一个条目已经有了pthread_create函数的地址。
