深刻淺出計算機組成原理學習筆記：第十講

時間  2019-11-06
標籤 深刻 計算機 組成 原理 學習 筆記 第十 简体版
原文   原文鏈接

1、爲何須要動態連接庫

一、連接在生活中的應用

連接 其實有點像咱們平常生活中的標準化、模塊化生產、咱們有一個能夠生產標準螺帽的生產線，就能夠生產不少個不一樣的螺帽，
只有須要螺帽，咱們就能夠經過連接的方式、去複製一個出來，放到須要的點，大道汽車、小到信箱sass

二、靜態連接的缺點

可是、如咱們有不少個程序都要經過裝載器裝載到內存的裏面，那裏面連接好的一樣的功能代碼，也須要再裝載一遍、再佔一遍內存空間。服務器

這就比如，假設每一個人有騎自行車的需求，那咱們給每一個人生產一輛自行車帶在身邊，當然你們都有自行車用，可是馬路上確定會特別擁擠模塊化

2、連接能夠分動、靜、共享運行升內存

一、內存不夠用

二、連接過程

三、圖解動態連接過程

3、地址無關很重要，相對地址解煩惱

一、地址無關

二、地址相關

三、動態共享庫沒法作到地址無關

 

4、PLT 和 GOT，動態連接的解決方案

一、示例代碼

一、首先lib.h定義了動態連接庫的一個函數show_me_the_money函數

[root@luoahong 10]# cat lib.h
#ifndef LIB_H
#define LIB_H

void show_me_the_money(int money);

#endif

二、lib.c包含了lib.h的實際實現spa

[root@luoahong 10]# cat lib.c
#include <stdio.h>


void show_me_the_money(int money)
{
    printf("Show me USD %d from lib.c \n", money);
}

三、而後show_me_poor.c調用了lib裏面的函數3d

[root@luoahong 10]# cat show_me_poor.c
#include "lib.h"
int main()
{
    int money = 5;
    show_me_the_money(money);
}

四、最後，咱們把lib.c變異成一個動態連接庫，也就是.so文件指針

[root@luoahong 10]# gcc lib.c -fPIC -shared -o lib.so
[root@luoahong 10]# gcc -o show_me_poor show_me_poor.c ./lib.so

你能夠看到，在編譯的過程當中，咱們制定了一個-fPIC的參數。這個參數其實就是Position Independent Code 的意思，也就是咱們要把這個編譯成一個地址無關代碼。orm

而後。咱們再經過gcc編譯show_me_poor動態連接了lib.so的可執行文件，在這些操做走完成了以後，咱們把show_me_poor這個文件經過objdump出來看一下blog

……
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 <main>:
  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]
……

完整代碼進程

[root@luoahong 10]# objdump -d -M intel -S show_me_poor

show_me_poor:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .init:

00000000004004a0 <_init>:
  4004a0:	48 83 ec 08          	sub    rsp,0x8
  4004a4:	48 8b 05 4d 0b 20 00 	mov    rax,QWORD PTR [rip+0x200b4d]        # 600ff8 <__gmon_start__>
  4004ab:	48 85 c0             	test   rax,rax
  4004ae:	74 05                	je     4004b5 <_init+0x15>
  4004b0:	e8 3b 00 00 00       	call   4004f0 <.plt.got>
  4004b5:	48 83 c4 08          	add    rsp,0x8
  4004b9:	c3                   	ret

Disassembly of section .plt:

00000000004004c0 <.plt>:
  4004c0:	ff 35 42 0b 20 00    	push   QWORD PTR [rip+0x200b42]        # 601008 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x8>
  4004c6:	ff 25 44 0b 20 00    	jmp    QWORD PTR [rip+0x200b44]        # 601010 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x10>
  4004cc:	0f 1f 40 00          	nop    DWORD PTR [rax+0x0]

00000000004004d0 <show_me_the_money@plt>:
  4004d0:	ff 25 42 0b 20 00    	jmp    QWORD PTR [rip+0x200b42]        # 601018 <show_me_the_money>
  4004d6:	68 00 00 00 00       	push   0x0
  4004db:	e9 e0 ff ff ff       	jmp    4004c0 <.plt>

00000000004004e0 <__libc_start_main@plt>:
  4004e0:	ff 25 3a 0b 20 00    	jmp    QWORD PTR [rip+0x200b3a]        # 601020 <__libc_start_main@GLIBC_2.2.5>
  4004e6:	68 01 00 00 00       	push   0x1
  4004eb:	e9 d0 ff ff ff       	jmp    4004c0 <.plt>

Disassembly of section .plt.got:

00000000004004f0 <.plt.got>:
  4004f0:	ff 25 02 0b 20 00    	jmp    QWORD PTR [rip+0x200b02]        # 600ff8 <__gmon_start__>
  4004f6:	66 90                	xchg   ax,ax

Disassembly of section .text:

0000000000400500 <_start>:
  400500:	31 ed                	xor    ebp,ebp
  400502:	49 89 d1             	mov    r9,rdx
  400505:	5e                   	pop    rsi
  400506:	48 89 e2             	mov    rdx,rsp
  400509:	48 83 e4 f0          	and    rsp,0xfffffffffffffff0
  40050d:	50                   	push   rax
  40050e:	54                   	push   rsp
  40050f:	49 c7 c0 80 06 40 00 	mov    r8,0x400680
  400516:	48 c7 c1 10 06 40 00 	mov    rcx,0x400610
  40051d:	48 c7 c7 ed 05 40 00 	mov    rdi,0x4005ed
  400524:	e8 b7 ff ff ff       	call   4004e0 <__libc_start_main@plt>
  400529:	f4                   	hlt
  40052a:	66 0f 1f 44 00 00    	nop    WORD PTR [rax+rax*1+0x0]

0000000000400530 <deregister_tm_clones>:
  400530:	b8 37 10 60 00       	mov    eax,0x601037
  400535:	55                   	push   rbp
  400536:	48 2d 30 10 60 00    	sub    rax,0x601030
  40053c:	48 83 f8 0e          	cmp    rax,0xe
  400540:	48 89 e5             	mov    rbp,rsp
  400543:	77 02                	ja     400547 <deregister_tm_clones+0x17>
  400545:	5d                   	pop    rbp
  400546:	c3                   	ret
  400547:	b8 00 00 00 00       	mov    eax,0x0
  40054c:	48 85 c0             	test   rax,rax
  40054f:	74 f4                	je     400545 <deregister_tm_clones+0x15>
  400551:	5d                   	pop    rbp
  400552:	bf 30 10 60 00       	mov    edi,0x601030
  400557:	ff e0                	jmp    rax
  400559:	0f 1f 80 00 00 00 00 	nop    DWORD PTR [rax+0x0]

0000000000400560 <register_tm_clones>:
  400560:	b8 30 10 60 00       	mov    eax,0x601030
  400565:	55                   	push   rbp
  400566:	48 2d 30 10 60 00    	sub    rax,0x601030
  40056c:	48 c1 f8 03          	sar    rax,0x3
  400570:	48 89 e5             	mov    rbp,rsp
  400573:	48 89 c2             	mov    rdx,rax
  400576:	48 c1 ea 3f          	shr    rdx,0x3f
  40057a:	48 01 d0             	add    rax,rdx
  40057d:	48 d1 f8             	sar    rax,1
  400580:	75 02                	jne    400584 <register_tm_clones+0x24>
  400582:	5d                   	pop    rbp
  400583:	c3                   	ret
  400584:	ba 00 00 00 00       	mov    edx,0x0
  400589:	48 85 d2             	test   rdx,rdx
  40058c:	74 f4                	je     400582 <register_tm_clones+0x22>
  40058e:	5d                   	pop    rbp
  40058f:	48 89 c6             	mov    rsi,rax
  400592:	bf 30 10 60 00       	mov    edi,0x601030
  400597:	ff e2                	jmp    rdx
  400599:	0f 1f 80 00 00 00 00 	nop    DWORD PTR [rax+0x0]

00000000004005a0 <__do_global_dtors_aux>:
  4005a0:	80 3d 85 0a 20 00 00 	cmp    BYTE PTR [rip+0x200a85],0x0        # 60102c <_edata>
  4005a7:	75 11                	jne    4005ba <__do_global_dtors_aux+0x1a>
  4005a9:	55                   	push   rbp
  4005aa:	48 89 e5             	mov    rbp,rsp
  4005ad:	e8 7e ff ff ff       	call   400530 <deregister_tm_clones>
  4005b2:	5d                   	pop    rbp
  4005b3:	c6 05 72 0a 20 00 01 	mov    BYTE PTR [rip+0x200a72],0x1        # 60102c <_edata>
  4005ba:	f3 c3                	repz ret
  4005bc:	0f 1f 40 00          	nop    DWORD PTR [rax+0x0]

00000000004005c0 <frame_dummy>:
  4005c0:	48 83 3d 48 08 20 00 	cmp    QWORD PTR [rip+0x200848],0x0        # 600e10 <__JCR_END__>
  4005c7:	00
  4005c8:	74 1e                	je     4005e8 <frame_dummy+0x28>
  4005ca:	b8 00 00 00 00       	mov    eax,0x0
  4005cf:	48 85 c0             	test   rax,rax
  4005d2:	74 14                	je     4005e8 <frame_dummy+0x28>
  4005d4:	55                   	push   rbp
  4005d5:	bf 10 0e 60 00       	mov    edi,0x600e10
  4005da:	48 89 e5             	mov    rbp,rsp
  4005dd:	ff d0                	call   rax
  4005df:	5d                   	pop    rbp
  4005e0:	e9 7b ff ff ff       	jmp    400560 <register_tm_clones>
  4005e5:	0f 1f 00             	nop    DWORD PTR [rax]
  4005e8:	e9 73 ff ff ff       	jmp    400560 <register_tm_clones>

00000000004005ed <main>:
  4005ed:	55                   	push   rbp
  4005ee:	48 89 e5             	mov    rbp,rsp
  4005f1:	48 83 ec 10          	sub    rsp,0x10
  4005f5:	c7 45 fc 05 00 00 00 	mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x5
  4005fc:	8b 45 fc             	mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
  4005ff:	89 c7                	mov    edi,eax
  400601:	e8 ca fe ff ff       	call   4004d0 <show_me_the_money@plt>
  400606:	c9                   	leave
  400607:	c3                   	ret
  400608:	0f 1f 84 00 00 00 00 	nop    DWORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  40060f:	00

0000000000400610 <__libc_csu_init>:
  400610:	41 57                	push   r15
  400612:	41 89 ff             	mov    r15d,edi
  400615:	41 56                	push   r14
  400617:	49 89 f6             	mov    r14,rsi
  40061a:	41 55                	push   r13
  40061c:	49 89 d5             	mov    r13,rdx
  40061f:	41 54                	push   r12
  400621:	4c 8d 25 d8 07 20 00 	lea    r12,[rip+0x2007d8]        # 600e00 <__frame_dummy_init_array_entry>
  400628:	55                   	push   rbp
  400629:	48 8d 2d d8 07 20 00 	lea    rbp,[rip+0x2007d8]        # 600e08 <__init_array_end>
  400630:	53                   	push   rbx
  400631:	4c 29 e5             	sub    rbp,r12
  400634:	31 db                	xor    ebx,ebx
  400636:	48 c1 fd 03          	sar    rbp,0x3
  40063a:	48 83 ec 08          	sub    rsp,0x8
  40063e:	e8 5d fe ff ff       	call   4004a0 <_init>
  400643:	48 85 ed             	test   rbp,rbp
  400646:	74 1e                	je     400666 <__libc_csu_init+0x56>
  400648:	0f 1f 84 00 00 00 00 	nop    DWORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  40064f:	00
  400650:	4c 89 ea             	mov    rdx,r13
  400653:	4c 89 f6             	mov    rsi,r14
  400656:	44 89 ff             	mov    edi,r15d
  400659:	41 ff 14 dc          	call   QWORD PTR [r12+rbx*8]
  40065d:	48 83 c3 01          	add    rbx,0x1
  400661:	48 39 eb             	cmp    rbx,rbp
  400664:	75 ea                	jne    400650 <__libc_csu_init+0x40>
  400666:	48 83 c4 08          	add    rsp,0x8
  40066a:	5b                   	pop    rbx
  40066b:	5d                   	pop    rbp
  40066c:	41 5c                	pop    r12
  40066e:	41 5d                	pop    r13
  400670:	41 5e                	pop    r14
  400672:	41 5f                	pop    r15
  400674:	c3                   	ret
  400675:	90                   	nop
  400676:	66 2e 0f 1f 84 00 00 	nop    WORD PTR cs:[rax+rax*1+0x0]
  40067d:	00 00 00

0000000000400680 <__libc_csu_fini>:
  400680:	f3 c3                	repz ret

Disassembly of section .fini:

0000000000400684 <_fini>:
  400684:	48 83 ec 08          	sub    rsp,0x8
  400688:	48 83 c4 08          	add    rsp,0x8
  40068c:	c3                   	ret

咱們只關心整個可執行文件中的一部份內容。你應該能夠看到，在main函數調用show_me_the_money的函數的時候，對應的代碼是這樣的：

call   400550 <show_me_the_money@plt>

這裏後面一個@plt的關鍵字，表明了咱們須要從PLT，也就是程序連接表裏面找要挑用的函數，對應的地址則是400550這個地址

那麼當咱們把目錄挪到上面的400550這個地址，你會看到裏面進行了一次跳轉，這個跳轉指定國的跳轉地址，你能夠在後面的註釋裏能夠看到

GLOBAL_OFFSET_TABLE+0x18。這裏的GLOBAL_OFFSET_TABLE，就是咱們接下來的要說的全局偏移表

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

5、GOT全局偏移表

在動態連接對應的共享庫，咱們在共享庫的data section裏面，保存了一張全局偏移表，雖然數據部分是各個動態連接它的應用程序裏面各加載一份的。全部須要引用當前共享庫外部的地址的指令，

都會查詢GOT，來找到當前運行程序的虛擬內存裏的對應位置。而GOT表裏的數據，則是在咱們加載一個個共享庫的時候寫進去的

不一樣的進程，調用一樣的lib.so各自裏面指向最終加載的動態連接庫裏面的虛擬內存地址是不一樣的

這樣，雖然不一樣的程序調用的一樣的動態庫，各自的內存地址是獨立的，挑用的有都是同一個動態庫，可是不須要去修改動態庫裏面的代碼所使用的地址

而是各個程序各自維護好本身的GOT，可以找到對應的動態庫就行了

一、GOT表位於共享庫本身的數據段裏，GOT表在內存裏和對應的代碼位置之間的偏移量，始終是肯定的，這樣咱們的共享庫是地址無關的代碼，

二、對應的各個程序只須要在物理內存裏面加載同一份代碼，而咱們又要經過這個能夠執行程序在加載時，生成的各個不相同的GOT表，來找到它須要調用到的外部變量和函數的地址

這是一個典型的、不修改代碼、而是經過修改「地址數據「來進行關聯的辦法，它有點像咱們在C語言裏面用函數指針調用對應的函數，並非經過預先已經肯定好的函數名稱

來調用，而是利用當時它在內存裏面的動態地址來調用

6、總結延伸

這一講、咱們終於在靜態連接和程序裝載以後，利用動態連接把咱們的內存利用到了極致。一樣功能的代碼生成共享庫，咱們只要在內存裏面保留一份就行了，

這樣咱們不只可以作到代碼在開發階段的複用，也能作到代碼在運行階段的複用

 

實際上、在進行Linux下的程序開發的時候，咱們一直會用到各類各樣的動態連接庫，C語言的標準庫在1MB以上。咱們撰寫任何一個程序可能都須要用到這個庫，

常見的Linux服務器裏，/usr/bin下面就有成千上外個可執行文件。若是每個都把標準庫靜態連接進來的，幾GB乃至幾十GB的磁盤空間一會兒就用出去了。

若是咱們服務端的多進程應用要開上千個進程，幾GB的內存空間也會一會兒就用甩出去了，這個問題在過去計算機的內存較少的時候更佳顯著

經過動態連接這個方式，能夠說完全解決這個問題，就像共享單車同樣，若是仔細經營，是一個頗有社會價值的事情，可是若是粗暴地把它變成無限制地

複製生產，每一個人造一輛，只會在系統內知道大量無用的垃圾

 

過去05-09折五講理，咱們已經把程序怎麼從源碼變成指令、數據、並裝載到內存裏面，由CPU一條條執行下去的過程講完了，但願你有所收穫，對於一個程序，是怎麼跑起來的，有了一個初步的認識

相關文章
相關標籤/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公眾號
   歡迎關注本站公眾號,獲取更多信息
聯繫我們 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程