如何在 x86-64 Linux 上的 GAS 程序集中通过 GOT 访问 C 全局变量？
How to access a C global variable through GOT in GAS assembly on x86-64 Linux?
我的问题
我正在尝试编写一个共享库（不是 executable，所以请不要告诉我使用 -no-pie），在单独的文件中使用汇编和 C（不是内联汇编）。
而且我想在汇编代码中通过全局偏移Table访问一个C全局变量，因为调用的函数可能在任何其他共享库中定义。
我知道 PLT/GOT 的东西，但我不确定如何告诉编译器为 linker 正确生成重定位信息（语法是什么），以及如何告诉linker 使用该信息实际重新定位我的代码（linker 选项是什么）。
我的代码编译时出现 linking 错误
/bin/ld: tracer.o: relocation R_X86_64_PC32 against
/bin/ld: final link failed: bad value
此外，如果有人能分享一些关于GAS组件的关于搬迁的详细文档就更好了。例如，关于如何使用 GNU 汇编器在 C 和汇编之间进行插值的详尽列表。
源代码
将 C 和汇编代码与 link 编译成一个共享库。
# Makefile
liba.so: tracer2.S target2.c
gcc -shared -g -o liba.so tracer2.S target2.c
// target2.c
// NOTE: This is a variable, not a function.
int (*read_original)(int fd, void *data, unsigned long size) = 0;
// tracer2.S
.text
// external symbol declarition
.global read_original
read:
lea read_original(%rip), %rax
mov (%rax), %rax
jmp *%rax
期望与结果
我希望 link 人能愉快地 link 我的目标文件，但它说
g++ -shared -g -o liba.so tracer2.o target2.c -ldl
/bin/ld: tracer.o: relocation R_X86_64_PC32 against
/bin/ld: final link failed: bad value
collect2: error: ld returned 1 exit status
make: *** [Makefile:2: liba.so] Error 1
并注释掉行
// lea read_original(%rip), %rax
使错误消失。
解决方案。
lea read_original@GOTPCREL(%rip), %rax
关键字GOTPCREL 将告诉编译器这是对GOT table 的PC 相对重定位。 linker 将计算从当前 rip 到目标 GOT table 条目的偏移量。
您可以通过
验证
$ objdump -d liba.so
10e9: 48 8d 05 f8 2e 00 00 lea 0x2ef8(%rip),%rax # 3fe8 <read_original@@Base-0x40>
10f0: 48 8b 00 mov (%rax),%rax
10f3: ff e0 jmpq *%rax
感谢彼得。
一些可能相关或不相关的信息
1.我可以调用C函数
call read@plt
objdump 表明它调用了正确的 PLT 条目。
$ objdump -d liba.so
...
0000000000001109 <read1>:
1109: e8 22 ff ff ff callq 1030 <read@plt>
110e: ff e0 jmpq *%rax
2.我可以lea一个正确的PLT入口地址
0xffffff23 是 -0xdd，0x1109 - 0xdd = 102c
0000000000001020 <.plt>:
1020: ff 35 e2 2f 00 00 pushq 0x2fe2(%rip) # 4008 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x8>
1026: ff 25 e4 2f 00 00 jmpq *0x2fe4(%rip) # 4010 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x10>
102c: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax)
0000000000001030 <read@plt>:
1030: ff 25 e2 2f 00 00 jmpq *0x2fe2(%rip) # 4018 <read@GLIBC_2.2.5>
1036: 68 00 00 00 00 pushq [=21=]x0
103b: e9 e0 ff ff ff jmpq 1020 <.plt>
0000000000001109 <read1>:
1109: 48 8d 04 25 23 ff ff lea 0xffffffffffffff23,%rax
1110: ff
1111: ff e0 jmpq *%rax
环境
- 拱门 Linux 20190809
$ uname -a
Linux alex-arch 5.2.6-arch1-1-ARCH #1 SMP PREEMPT Sun Aug 4 14:58:49 UTC 2019 x86_64 GNU/Linux
$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=/bin/gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.1.0/lto-wrapper
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Configured with: /build/gcc/src/gcc/configure --prefix=/usr --libdir=/usr/lib --libexecdir=/usr/lib --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=https://bugs.archlinux.org/ --enable-languages=c,c++,ada,fortran,go,lto,objc,obj-c++ --enable-shared --enable-threads=posix --with-system-zlib --with-isl --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-clocale=gnu --disable-libstdcxx-pch --disable-libssp --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --enable-lto --enable-plugin --enable-install-libiberty --with-linker-hash-style=gnu --enable-gnu-indirect-function --enable-multilib --disable-werror --enable-checking=release --enable-default-pie --enable-default-ssp --enable-cet=auto
Thread model: posix
gcc version 9.1.0 (GCC)
$ ld --version
GNU ld (GNU Binutils) 2.32
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This program is free software; you may redistribute it under the terms of
the GNU General Public License version 3 or (at your option) a later version.
This program has absolutely no warranty.
显然，链接器对 ELF 共享对象中的符号强制执行全局可见性和隐藏可见性，不允许 "back door" 访问参与符号插入的符号（因此可能超过 2GB。）
要使用正常的 RIP 相对寻址从同一共享对象中的其他代码直接访问它，请通过设置符号的 ELF 可见性使符号 隐藏 。 （另请参阅 https://www.macieira.org/blog/2012/01/sorry-state-of-dynamic-libraries-on-linux/ and Ulrich Drepper's How to Write Shared Libraries）
__attribute__ ((visibility("hidden")))
int (*read_original)(int fd, void *data, unsigned long size) = 0;
然后 gcc -save-temps tracer2.S target2.c -shared -fPIC compiles/assembles + 链接共享库。 GCC 也有像 -fvisibility=hidden 这样的选项，这使得它成为默认值，需要你 do 想要导出的符号的显式属性以进行动态链接。如果您在库中使用了任何全局变量，那么这是一个很好的主意，可以让编译器发出高效的代码来使用它们。它还可以保护您免受与其他库的全局名称冲突。 GCC 手册强烈推荐它。
它也适用于 g++； C++ name mangling 仅适用于函数名称，不适用于变量（包括 function-pointers）。但是一般不要用C++编译器编译.c文件。
如果要支持符号插入，需要使用GOT；显然你可以看看编译器是如何做到的:
int glob; // with default visibility = default
int foo() { return glob; }
compiles to this asm with GCC -O3 -fPIC（没有任何可见性选项，因此全局符号完全全局可见：从共享对象导出并参与符号插入）。
foo:
movq glob@GOTPCREL(%rip), %rax
movl (%rax), %eax
ret
显然这比 mov glob(%rip), %eax 效率低，所以更喜欢将全局变量限制在库范围内（隐藏），而不是真正的全局变量。
您可以使用弱别名执行一些技巧，让您导出只有该库定义的符号，并通过 "hidden" 别名有效地访问该定义。
我的问题
我正在尝试编写一个共享库（不是 executable，所以请不要告诉我使用 -no-pie），在单独的文件中使用汇编和 C（不是内联汇编）。
而且我想在汇编代码中通过全局偏移Table访问一个C全局变量，因为调用的函数可能在任何其他共享库中定义。
我知道 PLT/GOT 的东西，但我不确定如何告诉编译器为 linker 正确生成重定位信息（语法是什么），以及如何告诉linker 使用该信息实际重新定位我的代码（linker 选项是什么）。
我的代码编译时出现 linking 错误
/bin/ld: tracer.o: relocation R_X86_64_PC32 against
/bin/ld: final link failed: bad value
此外，如果有人能分享一些关于GAS组件的关于搬迁的详细文档就更好了。例如，关于如何使用 GNU 汇编器在 C 和汇编之间进行插值的详尽列表。
源代码
将 C 和汇编代码与 link 编译成一个共享库。
# Makefile
liba.so: tracer2.S target2.c
gcc -shared -g -o liba.so tracer2.S target2.c
// target2.c
// NOTE: This is a variable, not a function.
int (*read_original)(int fd, void *data, unsigned long size) = 0;
// tracer2.S
.text
// external symbol declarition
.global read_original
read:
lea read_original(%rip), %rax
mov (%rax), %rax
jmp *%rax
期望与结果
我希望 link 人能愉快地 link 我的目标文件，但它说
g++ -shared -g -o liba.so tracer2.o target2.c -ldl
/bin/ld: tracer.o: relocation R_X86_64_PC32 against
/bin/ld: final link failed: bad value
collect2: error: ld returned 1 exit status
make: *** [Makefile:2: liba.so] Error 1
并注释掉行
// lea read_original(%rip), %rax
使错误消失。
解决方案。
lea read_original@GOTPCREL(%rip), %rax
关键字GOTPCREL 将告诉编译器这是对GOT table 的PC 相对重定位。 linker 将计算从当前 rip 到目标 GOT table 条目的偏移量。
您可以通过
验证$ objdump -d liba.so
10e9: 48 8d 05 f8 2e 00 00 lea 0x2ef8(%rip),%rax # 3fe8 <read_original@@Base-0x40>
10f0: 48 8b 00 mov (%rax),%rax
10f3: ff e0 jmpq *%rax
感谢彼得。
一些可能相关或不相关的信息
1.我可以调用C函数 call read@plt
objdump 表明它调用了正确的 PLT 条目。
$ objdump -d liba.so
...
0000000000001109 <read1>:
1109: e8 22 ff ff ff callq 1030 <read@plt>
110e: ff e0 jmpq *%rax
lea一个正确的PLT入口地址
0xffffff23 是 -0xdd，0x1109 - 0xdd = 102c
0000000000001020 <.plt>:
1020: ff 35 e2 2f 00 00 pushq 0x2fe2(%rip) # 4008 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x8>
1026: ff 25 e4 2f 00 00 jmpq *0x2fe4(%rip) # 4010 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x10>
102c: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax)
0000000000001030 <read@plt>:
1030: ff 25 e2 2f 00 00 jmpq *0x2fe2(%rip) # 4018 <read@GLIBC_2.2.5>
1036: 68 00 00 00 00 pushq [=21=]x0
103b: e9 e0 ff ff ff jmpq 1020 <.plt>
0000000000001109 <read1>:
1109: 48 8d 04 25 23 ff ff lea 0xffffffffffffff23,%rax
1110: ff
1111: ff e0 jmpq *%rax
环境
- 拱门 Linux 20190809
$ uname -a
Linux alex-arch 5.2.6-arch1-1-ARCH #1 SMP PREEMPT Sun Aug 4 14:58:49 UTC 2019 x86_64 GNU/Linux
$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=/bin/gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.1.0/lto-wrapper
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Configured with: /build/gcc/src/gcc/configure --prefix=/usr --libdir=/usr/lib --libexecdir=/usr/lib --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=https://bugs.archlinux.org/ --enable-languages=c,c++,ada,fortran,go,lto,objc,obj-c++ --enable-shared --enable-threads=posix --with-system-zlib --with-isl --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-clocale=gnu --disable-libstdcxx-pch --disable-libssp --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --enable-lto --enable-plugin --enable-install-libiberty --with-linker-hash-style=gnu --enable-gnu-indirect-function --enable-multilib --disable-werror --enable-checking=release --enable-default-pie --enable-default-ssp --enable-cet=auto
Thread model: posix
gcc version 9.1.0 (GCC)
$ ld --version
GNU ld (GNU Binutils) 2.32
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This program is free software; you may redistribute it under the terms of
the GNU General Public License version 3 or (at your option) a later version.
This program has absolutely no warranty.
显然，链接器对 ELF 共享对象中的符号强制执行全局可见性和隐藏可见性，不允许 "back door" 访问参与符号插入的符号（因此可能超过 2GB。）
要使用正常的 RIP 相对寻址从同一共享对象中的其他代码直接访问它，请通过设置符号的 ELF 可见性使符号 隐藏 。 （另请参阅 https://www.macieira.org/blog/2012/01/sorry-state-of-dynamic-libraries-on-linux/ and Ulrich Drepper's How to Write Shared Libraries）
__attribute__ ((visibility("hidden")))
int (*read_original)(int fd, void *data, unsigned long size) = 0;
然后 gcc -save-temps tracer2.S target2.c -shared -fPIC compiles/assembles + 链接共享库。 GCC 也有像 -fvisibility=hidden 这样的选项，这使得它成为默认值，需要你 do 想要导出的符号的显式属性以进行动态链接。如果您在库中使用了任何全局变量，那么这是一个很好的主意，可以让编译器发出高效的代码来使用它们。它还可以保护您免受与其他库的全局名称冲突。 GCC 手册强烈推荐它。
它也适用于 g++； C++ name mangling 仅适用于函数名称，不适用于变量（包括 function-pointers）。但是一般不要用C++编译器编译.c文件。
如果要支持符号插入，需要使用GOT；显然你可以看看编译器是如何做到的:
int glob; // with default visibility = default
int foo() { return glob; }
compiles to this asm with GCC -O3 -fPIC（没有任何可见性选项，因此全局符号完全全局可见：从共享对象导出并参与符号插入）。
foo:
movq glob@GOTPCREL(%rip), %rax
movl (%rax), %eax
ret
显然这比 mov glob(%rip), %eax 效率低，所以更喜欢将全局变量限制在库范围内（隐藏），而不是真正的全局变量。
您可以使用弱别名执行一些技巧，让您导出只有该库定义的符号，并通过 "hidden" 别名有效地访问该定义。