与PIC函数调用相关的GOT和PLT

刚把csapp链接一章看完，很多地方都需要动手实际做一下，以便系统化对elf的理解。由于目前实际应用中PIC动态库使用较多，故记录了PIC的实践过程，概念及理论见csapp书本，本文主要是step by step的过程。

1. 运行环境
fedora10-i386，gcc-4.3.2

2. 代码
使用csapp原书中的代码。罗列如下：

Makefile：（加入-g是为了后面使用gdb方便）

CFLAGS=-g

p2: main2.o libvector.so
    
        gcc -o $@ $< -L. -lvector $(CFLAGS)
main2.o: main2.c
    
        gcc -c $< $(CFLAGS)
libvector.so: addvec.c
    
        gcc -shared -fPIC -o $@ $< $(CFLAGS)

PHONY: clean
clean:
    
        @rm -f *.o
    
        @rm -f *.so
    
        @rm -f p2

addvec.c

void addvec(int *x, int *y,
                int *z, int n)
{
        int i;

        for (i = 0; i < n; i++)
                z[i] = x[i] + y[i];
}

main2.c

/* main2.c */
#include <stdio.h>
#include "vector.h"

int x[2] = {1, 2};
int y[2] = {3, 4};
int z[2];

int main()
{
        addvec(x, y, z, 2);
        printf("z = [%d %d]\n", z[0], z[1]);
        return 0;
}

vector.h

#ifndef  _VECTOR_H_
#define _VECTOR_H_
void addvec(int *x, int *y,
                int *z, int n);
void multvec(int *x, int *y,
                int *z, int n);
#endif

3. 编译
$make

4. 使用工具查看GOT和PLT
4.1 查看程序镜像
通过objdump查看GOT

[root@Fedora10 csapp]# objdump -d -j .got.plt p2

p2:     file format elf32-i386


Disassembly of section .got.plt:

08049750 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_>:
8049750:       7c 96 04 08 00 00 00 00 00 00 00 00 c6 83 04 08     |...............
8049760:       d6 83 04 08 e6 83 04 08 f6 83 04 08                              ............

（注，这里.got.plt section才是GOT表，并非.got）

PLT的内容：

[root@Fedora10 csapp]# objdump -d -j .plt p2

p2:     file format elf32-i386


Disassembly of section .plt:

080483b0 <__gmon_start__@plt-0x10>:
80483b0:       ff 35 54 97 04 08       pushl  0x8049754
80483b6:       ff 25 58 97 04 08       jmp    *0x8049758   #注:跳到*GOT[2],实际就是执行dynamic linker,
                                            #后面可看到是_dl_runtime_resolve
80483bc:       00 00                               add    %al,(%eax)
...

080483c0 <__gmon_start__@plt>:
80483c0:       ff 25 5c 97 04 08       jmp    *0x804975c
80483c6:       68 00 00 00 00    push   $0x0
80483cb:       e9 e0 ff ff ff             jmp    80483b0 <_init+0x30>

080483d0 <__libc_start_main@plt>:
80483d0:       ff 25 60 97 04 08       jmp    *0x8049760
80483d6:       68 08 00 00 00             push   $0x8
80483db:       e9 d0 ff ff ff             jmp    80483b0 <_init+0x30>

080483e0 :
80483e0:       ff 25 64 97 04 08       jmp    *0x8049764
80483e6:       68 10 00 00 00             push   $0x10
80483eb:       e9 c0 ff ff ff             jmp    80483b0 <_init+0x30>

080483f0 :
80483f0:       ff 25 68 97 04 08       jmp    *0x8049768
80483f6:       68 18 00 00 00    push   $0x18
80483fb:       e9 b0 ff ff ff             jmp    80483b0 <_init+0x30>

PLT可以看成一个数组，每个元素为16字节。PLT[0]比较特殊，执行它会跳转到dynamic linker，从__gmon_start__@plt开始，为PLT[1]，终于PLT[4]，addvec@plt。各个PLT的entry和GOT的entry对应关系都用不同颜色标出。
另外，通过readelf -r也可以看到各个PLT的函数在全局的偏移：

[root@Fedora10 csapp]# readelf -r p2

Relocation section '.rel.dyn' at offset 0x358 contains 1 entries:
Offset     Info    Type            Sym.Value  Sym. Name
0804974c  00000106 R_386_GLOB_DAT    00000000   __gmon_start__

Relocation section '.rel.plt' at offset 0x360 contains 4 entries:
Offset     Info    Type            Sym.Value  Sym. Name
0804975c  00000107 R_386_JUMP_SLOT   00000000   __gmon_start__
08049760  00000307 R_386_JUMP_SLOT   00000000   __libc_start_main
08049764  00000407 R_386_JUMP_SLOT   00000000   printf
08049768  00000507 R_386_JUMP_SLOT   00000000   addvec

4.2 运行gdb p2查看GOT的变化：

[root@Fedora10 csapp]# gdb p2
GNU gdb Fedora (6.8-29.fc10)
Copyright (C) 2008 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "i386-redhat-linux-gnu"...
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x80484c5: file main2.c, line 11.
(gdb) x/8x 0x08049750
0x8049750 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_>:         0x0804967c      0x00000000      0x00000000      0x080483c6
0x8049760 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+16>:   0x080483d6      0x080483e6      0x080483f6      0x00000000
#注：程序还没运行，这里的GOT表同objdump打印的一样
(gdb) r
Starting program: /home/test/test/csapp/p2

Breakpoint 1, main () at main2.c:11
11              addvec(x, y, z, 2);
Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.9-2.i686
(gdb) x/8x 0x08049750
0x8049750 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_>:         0x0804967c      0x0069c658      0x00690520      0x080483c6
0x8049760 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+16>:   0x006b55f0      0x080483e6      0x080483f6      0x00000000
#注：程序已运行，可以看到glibc已加载，同时GOT的值已变化，该地址对应实际的__libc_start_main()
(gdb) info symbol 0x00690520
_dl_runtime_resolve in section .text
#注：运行开始后，GOT[2]就更新成了dynamic linker的入口
(gdb) n
12              printf("z = [%d %d]\n", z[0], z[1]);
(gdb) n
z = [4 6]
13              return 0;
(gdb) x/8x 0x08049750
0x8049750 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_>:         0x0804967c      0x0069c658      0x00690520      0x080483c6
0x8049760 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+16>:   0x006b55f0      0x006e88f0      0x001113cc      0x00000000
#注：执行完addvec()和printf()，再看GOT中这两项的值，已改变

如果想确认更新后，地址对应的函数，可以在gdb中用disas命令来查看反汇编内容，
如(gdb) disas 0x001113cc