Linux动态链接中的PLT表和GOT表

引言

文件在编译链接时，是不知道glibc动态库内printf的函数地址的，而只是写了一个“占位符”在汇编中，glibc动态库内printf的函数地址只有装载进内存时才能够知道

但是进程运行起来后，glibc动态库装载了，printf函数地址也确定了，那call指令是怎么重定位地址的呢？

一种简单的方法就是将指令中的“占位符”修改成printf函数的真实地址即可。但是随之又出现两个问题：

现代操作系统不允许修改代码段，只能修改数据段
如果函数是在一个动态库（.so）中，修改了代码段，那么它就无法做到系统内所有进程共享同一个动态库
所以prinf函数的地址只能回写到数据段，而不是代码段，这样的回写其实叫做运行时重定位，与之相应的还有链接时重定位

编译与链接

每个编译单元（通常是一个.cpp文件）都会经历编译和链接两个阶段

编译阶段是将.c源代码编译成汇编指令的中间文件，即.o中间文件。由于编译阶段无法知道printf函数的地址，所以call指令后会预先放一个占位符，然后用重定位项来描述：这个地址在链接时需要修正，它的修正值是根据printf函数地址（更确切应该说是符号，链接器眼中只有符号，没有函数、变量）来修正的，它的修正方式按相对引用方式。而这个过程叫做链接时重定位，与运行时重定位工作原理完全一样，只是修正时机不同

链接阶段是将一个或者多个中间文件（.o）通过链接器将它们链接成一个可执行文件，链接阶段主要完成以下事情：

各个中间文件之间的同名section合并
对代码段、数据段以及各符号进行地址分配
链接时重定位修正
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修改指令中的操作数，无法修改编译过程生成的汇编指令

编译器并不知道printf函数是在glibc动态库，而不是定义在其它.o文件中的，所以编译器只能老老实实生成调用printf函数的汇编指令，如果在其它.o中定义了printf函数，那么链接阶段，printf函数地址已经确定，可以直接重定位。但是如果printf定义在动态库内，链接阶段无法做重定位

我们前面知道了，运行时重定位是无法修改代码段的，只能将printf重定位到数据段。而编译阶段已生成好的call指令，如何找到这个已重定位好的数据段内容呢？
所以链接器会生成一段额外的小代码片段，通过这段代码支获取printf函数地址，并完成对它的调用
链接器生成额外的伪代码：

.text
...
//调用printf的call指令
call printf_stub
...
printf_stub:
    mov rax, [printf函数的储存地址] //获取printf重定位后的地址
    jmp rax //跳转执行printf函数
    
.data
...
printf函数的储存地址：
    这里储存printf函数重定位后的地址
...

链接阶段可以知道printf在哪定义，只不过定义在动态库内时并不知道它的地址。当链接阶段发现printf定义在动态库时，链接器会生成一段小代码printf_stub，然后printf_stub地址取代原来的printf。因此转化为链接阶段对printf_stub做链接时重定位，而运行时才对printf做运行时重定位（其目的就是把本需要写入代码段的运行时地址，转移到数据段去写入）

PLT表与GOT表

动态链接需要考虑的因素说白了就两点：

需要存放外部函数的数据段
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，那么每个函数都需要这两样东西，这样就形成了两个表，每个函数使用中的一项
于是，存放函数地址的数据表，我们称为全局偏移表（GOT，Global Offset Table），位于数据段；而额外代码段表，称为程序链接表（PLT，Procedure Link Table），位于代码段。它们各司其职又相互配合，完成重定位这个过程。