在学习极客时间geektime 徐文浩老师的《深入理解计算机组成原理》课程中的动态链接一节时，对PLT及GOT的功能不是很理解，查看了一些资料进行了相关的学习，如果理解的有误，请大家不吝赐教。

前置知识1：静态链接动态链接

链接器链接存储在硬盘上的目标文件代码，合并代码段的方法，是静态链接（Static Link）

动态链接Dynamic Link，链接的，不是存储在硬盘上的目标文件代码，而是加载到内存中的共享库（Shared Libraries）

注：共享库在内存中也是采用分页机制的。

在 Windows 下，这些共享库文件就是.dll 文件，也就是 Dynamic-Link Libary（DLL，动态链接库）

在 Linux 下，这些共享库文件就是.so 文件，也就是 Shared Object（一般我们也称之为动态链接库）

前置知识2：地址无关代码地址相关代码

大部分函数库其实都可以做到地址无关，因为它们都接受特定的输入，进行确定的操作，然后给出返回结果就好了。无论是实现一个向量加法，还是实现一个打印的函数，这些代码逻辑和输入的数据在内存里面的位置并不重要。

常见的地址相关的代码，比如绝对地址代码（Absolute Code）、利用重定位表的代码等等，都是地址相关的代码。你回想一下我们之前讲过的重定位表。在程序链接的时候，我们就把函数调用后要跳转访问的地址确定下来了，这意味着，如果这个函数加载到一个不同的内存地址，跳转就会失败。

如何实现使用动态链接库共享内存

场景

共享内存动态链接库，要解决的问题：

这些机器码必须是地址无关的 Position-Independent Code

意思就是：这段代码，无论加载在哪个内存地址，都能够正常执行

这个问题又可以分解为两个小问题：

动态链接库内部地址无关
解决方案：
使用相对地址，一个相对于当前指令偏移量的内存地址
在不同的应用程序中，使用动态链接库，要做到地址无关，如下图

可以看到ab应用代码中动态链接库的虚拟内存地址与cd应用代码不同

案例

源代码：

有一个lib.h文件，lib.c文件，lib.c文件中提供了一个show_me_the_money函数

在show_me_poor.c这个文件中调用了共享库lib.so中show_me_the_money函数

机器码及汇编代码：

……

0000000000400540 show_me_the_money@plt-0x10:

400540: ff 35 12 05 20 00 push QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a58 <GLOBAL_OFFSET_TABLE+0x8>

400546: ff 25 14 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200514] # 600a60 <GLOBAL_OFFSET_TABLE+0x10>

40054c: 0f 1f 40 00 nop DWORD PTR [rax+0x0]

0000000000400550 <show_me_the_money@plt>:

400550: ff 25 12 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a68 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x18>

400556: 68 00 00 00 00 push 0x0

40055b: e9 e0 ff ff ff jmp 400540 <_init+0x28>

……

0000000000400676 :

400676: 55 push rbp

400677: 48 89 e5 mov rbp,rsp

40067a: 48 83 ec 10 sub rsp,0x10

40067e: c7 45 fc 05 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x4],0x5

400685: 8b 45 fc mov eax,DWORD PTR [rbp-0x4]

400688: 89 c7 mov edi,eax

40068a: e8 c1 fe ff ff call 400550 <show_me_the_money@plt>

40068f: c9 leave

400690: c3 ret

400691: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nop WORD PTR cs:[rax+rax*1+0x0]

400698: 00 00 00

40069b: 0f 1f 44 00 00 nop DWORD PTR [rax+rax*1+0x0]

……

解决方案

参考：聊聊Linux动态链接中的PLT和GOT（１）——何谓PLT与GOT

show_me_poor这个进程运行起来之后，lib.so动态库也装载了，show_me_the_money函数地址也确定了，这个call指令如何重定位呢？

一个简单的方法就是将指令中的 show_me_the_money函数地址修改为lib.so中此函数的真正地址

但这个方案面临两个问题：

现代操作系统不允许修改代码段.text Section，只能修改数据段.data Section

show_me_the_money函数在lib.so内，如果修改了代码段，那么其就无法做到系统内所有进程共享一个动态库

所以show_me_the_money函数地址，只能写回到数据段内，而不能回写到代码段上，这个回写，是指运行时修改，更专业的称谓是运行时重定位

具体是如何做的呢？（注：关于PLT及GOT的解释会在后文介绍，这里只是做过程介绍）

编译阶段show_me_poor程序是不知道show_me_the_money函数地址的，其使用重定位项来描述：
40068a: e8 c1 fe ff ff call 400550 <show_me_the_money@plt>
@plt关键字，代表我们需要从PLT，程序链接表Procedure Linkage Table里面找到调用的函数，而这个表的地址，就是400550这个地址
这个地址在链接时要修正，它的修正值是根据show_me_the_money函数地址（更确切的叫法应该是符号，链接器眼中只有符号，没有所谓的函数和变量）来修正，它的修正方式按相对引用方式，这个过程叫做链接时重定位，与刚才提到的运行时重定位工作原理完全一样，只是修正时机不同

除了重定位过程，其它动作是无法修改中间文件中函数体内指令的，而重定位过程也只能是修改指令中的操作数，换句话说，链接过程无法修改编译过程生成的汇编指令

由于我们的show_me_the_money是定义在动态链接库lib.so下，所以链接阶段无法做重定位，只能做运行时重定位，而运行时重定位是无法修改代码段的，所以只能将show_me_the_money重定位到数据段
show_me_poor这个进程运行起来之后，lib.so动态库也装载了，show_me_the_money函数地址也确定了（实际上show_me_poor GOT表中lib.so相关的数据，就是加载lib.so动态库的时候写进去的，写在了数据段的虚拟地址中）
现在的问题就是：编译阶段就已经生成好的call指令，怎么感知这个已经重定位好的数据段内容呢？

答案是：链接器生成一段额外的小代码片段，通过这段代码获取show_me_the_money函数地址，完成对它的调用

链接阶段发现show_me_the_money定义在动态库时，链接器生成一段小代码，比如show_me_the_money@plt，然后show_me_the_money@plt地址取代原来的调用函数。

因此转化为链接阶段对show_me_the_money做链接重定位，而运行时才对show_me_the_money做运行时重定位

总结来说，动态链接需要考虑两点：

需要存放外部函数地址的数据段
获取数据段存放函数地址的一小段额外代码

如果可执行文件中调用多个动态库函数，那每个函数都需要这两样东西，这样每样东西就形成一个表，每个函数使用中的一项。

存放函数地址的数据表，称为全局偏移表（GOT, Global Offset Table）
额外代码段表，称为程序链接表（PLT，Procedure Link Table）

完整的过程总结

编译时重定向来生成重定位项，之后进行静态链接和动态链接
由于其需要进行动态链接，那么会生成两个表（不使用动态链接就不需要GOT和PLT了）

存放函数地址的数据表，称为全局偏移表（GOT, Global Offset Table）

额外代码段表，内容是获取数据段存放函数地址的一小段额外代码，称为程序链接表（PLT，Procedure Link Table）
show_me_poor这个进程运行起来，通过loader进行装载，lib.so动态库也装载了，在装载的时候，会把lib.so中show_me_the_money函数真实内存地址写入到show_me_poor进程控制块PCB的数据段.data Section的虚拟地址中的GOT中
当执行call show_me_the_money函数的时候，其执行下面的过程

伪代码形式

图形式

图1：编译时重定向生成的重定位项

图2：去PLT表中获取GOT虚拟地址空间

图3：从GOT中获取lib.so中show_me_the_money函数的真实物理地址

图4：写的是lib.so在show_me_poor虚拟内存中的地址，而这个虚拟内存中的地址对应的就是实际上lib.so的真实物理内存地址，真正执行函数