PowerPC上ELF可执行文件的符号解析(一)

一． 前言

符号解析是Linux系统导入二进制可执行文件的重要过程，它完成的工作包括将一个符号定位到实际的内存地址，并且要保证可以正确引用这些符号。按解析对象的不同它可以分为变量符号解析和函数符号解析；按解析方式的不同可以分为静态解析和动态解析。

对于静态解析的符号，它们的地址在文件生成时就由link editor（在Linux下通常是ld）已经确定下来了；对于动态解析的符号，他们的地址在程序运行时才由dynamic linker（动态链接器，32位Linux平台下通常是/lib/ld.so.1）确定下来。我们可以这么认为，如果一个符号在共享库中定义，那么当其他可执行文件或共享库引用这个符号时，就需要对它作动态解析。

变量符号的动态解析过程比较简单，系统在载入程序过程中将变量symbol地址存入到GOT（Global Offset Table）中，引用变量symbol时首先计算出ＧＯＴ表的实际地址，然后以它作为基址加上（变量symbol在GOT表中的偏移量）就可以从ＧＯＴ表中取得该symbol的实际地址。下面以SUSE Linux Enterprise Server 8.1 for IBM pSeries为例，主要讲述和演示３２位PowerPC Linux下函数符号的动态解析过程。

二． 概念

在讲述解析过程之前，先介绍一下在解析过程中要用到的基本概念。 1． ELF（Executable and Linkable Format）文件

ELF是Linux缺省采用的可执行文件（包括共享库，object文件）的格式，具体规范参见参考文献［１］、［２］。这里需要提一下的是section这个概念：section是ELF文件中一段互相联系信息，它可以是一段数据，也可以是一段代码。比如可执行代码信息就放在.text section中，被用户初始化的变量会放在.data section中，没有被用户初始化的变量会放在.bss

section（bss是below stack segment的缩写）中。还有其他的一些 section： .debug、 .hash、 .symtab、 .dynsym、 .plt、 .rel.plt 等等。 .dynsym（动态符号表）、 .plt（过程链接表）和.rel.plt（重定位表）和我们的话题有关。

2． 符号表（symbol table）

符号表记录了程序中符号的定义信息和引用信息，它是一个结构数组，数组中的每个元素对应一个符号所有的信息。我们可以在glibc的源代码glibc-2.2/elf/elf.h中看到这个结构的c语言定义：

typedef struct{

Elf32_Word st_name; /* 符号名 (.string表的索引) */ Elf32_Addr st_value; /* 符号值（Symbol value） */ Elf32_Word st_size; unsigned char st_info; unsigned char st_other; Elf32_Section st_shndx; } Elf32_Sym;

对于可执行文件和共享库而言，符号值记录了该符号的内存地址。可执行文件知道运行时刻

他们的地址，所以他们内部的引用符号在编译时候就已经确定了；共享库symbol的符号值 （symbol value）就要等到共享库被载入到内存中才确定下来。

我们可以用\-s 文件名\来查看elf文件的symbol值，一般会有两个symbol表：.symtab(包含静态符号和动态符号)和.dynsym（仅包含动态符号）表。下面是我自己机器上的一个输出：

cj@bluesky:~/program/GOT> readelf -s test32 Symbol table '.dynsym' contains 6 entries:

Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name 0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND

1: 10010894 488 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@GLIBC_2.0 ……………………

Symbol table '.symtab' contains 228 entries:

Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name 0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 1: 10000114 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1 ……………………

3．过程链接表（Procedure Linkage Table，PLT）

静态解析函数符号很简单，因为引用是在内部进行的，只要用下面的命令就可实现： bl resolved_symbol //resolved_symbol是被引用函数的入口点

动态解析符号则不然，由于link editor不能在编译时就确定被引用函数的入口点，所以它只能将控制权交给第三方，再由这个第三方来完成确定被引用函数入口点的任务，这个第三方

就是过程链接表。

过程链接表的格式如下：

?PLT表开头的18个字（72字节）为dynamic linker保留 ?如果可执行文件或共享库需要N个.PLTi入口，那么紧跟着这18个字，link editor就会保留3*N个字（12*N字节），开头的2*N个字就是所有的.PLT入口，对于第i个引用符号，它的.PLT

入口是（72+（i-1）*8）（1<=i<=N）,剩下的N个字留给dynamic linker使用。

过程链接表虽然存在于文件当中，但它的初始化是由dynamic linker在装载可执行文件和共享库时完成的。下面是一个可能的被初始化的PLT表的内容： .PLT: .PLTresolve:

addis r12,r0,dynamic_linker@ha

addi r12,r12,dynamic_linker@l

mtctr r12 //到此为此，r12和ctr中是dynamic linker的地址 addis r12,r0,symtab_addr@ha addi r12,r12,symtab_addr@l bctr //此时r12中是共享库symbol表的地址 .PLTcall:

addis r11,r11,.PLTtable@ha lwz r11,.PLTtable@l(r11) mtctr r11 bctr

8 个nop指令 .PLT1:

addi r11,r0,4*0 b .PLTresolve . . . .PLTi:

addi r11,r0,4*(i-1) b .PLTresolve . . . .PLTN:

addi r11,r0,4*(N-1) b .PLTresolve .PLTtable:

4． Relocation表

Relocation表总是和PLT表紧紧联系在一起，也就是说，PLT表有多少个入口，Relocation表就有多少个入口，他们是一对一的关系。下面是Relocation结构的c语言定义：

typedef struct {

Elf32_Addr r_offset; //.PLTi的地址 Elf32_Word r_info; //包含symbol index信息 } Elf32_Rel;

在上述过程链接表的例子中r11是Relocation表和PLT表的index，dynamic linker需要r11来找到对应于这次解析的Relocation表的元素，然后得到r_info，由于r_info中包含了symbol

index信息，我们就可确定是寻找哪个symbol的地址；得到symbol的地址后还需要r11来确定将这个地址正确重定位到那个PLT入口（r_offset保存了.PLTi的地址）。