为什么linkage会影响同一section的相对跳转是否需要重定位？

Question

在这个简单的程序中，我在 main 获得了 compute 的重定位，但 compute2 没有：

static int compute2()
{
    return 2;
}

int compute()
{
    return 1;
}


int main()
{
    return compute() + compute2();
}

我在 Ubuntu 21.10.

上使用 gcc 11.2.0 用 gcc -c main.cpp 编译了这个

这是 objdump 对 main 的评价：

000000000000001e <main>:
  1e:   f3 0f 1e fa             endbr64 
  22:   55                      push   rbp
  23:   48 89 e5                mov    rbp,rsp
  26:   53                      push   rbx
  27:   e8 00 00 00 00          call   2c <main+0xe>    28: R_X86_64_PLT32  compute()-0x4
  2c:   89 c3                   mov    ebx,eax
  2e:   e8 cd ff ff ff          call   0 <compute2()>
  33:   01 d8                   add    eax,ebx
  35:   48 8b 5d f8             mov    rbx,QWORD PTR [rbp-0x8]
  39:   c9                      leave  
  3a:   c3                      ret

如您所见，对于 compute2 的调用（内部链接）有一个没有重定位的相对跳转。但是对于 compute 的调用（外部链接）有一个重定位，即使所有三个函数都在同一目标文件的同一部分。

为什么需要搬迁？我以为链接器永远不会拆分一个部分，所以无论这个部分在哪里加载，相对地址应该还是一样的？为什么链接似乎会影响这一点？

Answer 1

我相信实现此行为是为了启用 符号插入 – 通过将 compute 调用公开为可重定位操作码，您可以运行您的代码

> LD_PRELOAD=custom_compute.so ./main

并且您的 compute 调用将被重新定位到 .so 中定义的自定义 compute 函数。

此功能对于像 compute2 这样的静态函数是禁用的 - 它们是内部链接的，不应该用于符号插入。

如评论中所述，此行为不仅适用于 LD_PRELOAD，而且更普遍地与共享库相关 - 例如，在此示例中，如果要加载两个共享库，都定义 compute - 第二个库对 compute 的调用将被重新定位到第一个库的函数。

Answer 2

并不是说 重定位 本身是必需的，而是编译器选择通过 PLT 进行间接寻址（因为可能符号插入，或者在主可执行文件或更早的共享库定义符号的情况下）。注意重定位类型 R_X86_64_PLT32.

如果您查看编译器的 asm 输出（不是 .o 的反汇编），您会看到 call compute@plt.

一个static函数肯定总是使用同一个翻译单元中的定义，但全局符号的其他定义可以优先。

这应该只发生在 -fPIC，而不是构建主要可执行文件本身（-fPIE 在大多数现代发行版中默认打开），对于在同一个 .c（翻译单元）中定义的符号。

https://godbolt.org/z/qYYWsYf6a 显示 GCC -fPIE 仍在使用 call compute。显然 Ubuntu 启用了一些其他选项，使它与众不同？（Godbolt 的 gcc 没有默认启用大多数发行版所做的几件事，因此您需要一些选项来匹配 GCC 在 Ubuntu 上的配置方式。-fstack-protector-strong 不相关，IDK 还有什么会。）

请注意，当 link 执行可执行文件（而非共享库）时，调用应该“放松”为不通过 PLT 的直接调用。所以 GCC 可以将所有调用发出为 call foo@plt.

如果您也使用 -fno-plt，调用将作为 call *foo@gotplt(%rip) 发出，这需要 6 个字节，因此将其放宽到直接 5 字节调用 rel32 需要一个字节的填充符； ld 使用无意义的地址大小前缀。（例如，请参阅我在上的回答。）

如果您首先不想使用此 PLT 间接寻址，则可以为该符号设置 ELF visibility = hidden。在创建共享库时，这是一个非常好的主意，因为在那种情况下，linker 将无法通过 PLT 放宽所有间接调用，以便对您不打算允许的函数进行内部调用符号-插入.

您可以使用 -fvisibility=hidden 使其成为所有原型的默认值，因此调用将使用 call rel32，而不是通过 PLT 间接调用（或使用 -fno-plt 的 GOT）。然后对于共享库想要导出的任何函数或变量，使用 __attribute__((visibility("default")))

对于你的情况，-fvisibility=hidden 可能会解决你遇到的问题，即使你没有构建可以进入共享库（-fPIC）。

另见

https://gcc.gnu.org/wiki/Visibility
https://unix.stackexchange.com/questions/472660/what-are-difference-between-the-elf-symbol-visibility-levels
（link-当 link 使用可执行文件而不是共享库时的时间松弛示例。）
Sorry state of dynamic libraries on Linux 在 Thiago Macieira 的博客上，从 2012 年开始。（在 -fno-plt 存在之前；所以至少这个想法已经实现，现在是一些发行版二进制包的默认设置，比如 Arch GNU/Linux.)

为什么linkage会影响同一section的相对跳转是否需要重定位？

Why does linkage affect whether relocations are needed for relative jumps in the same section?

c

assembly

linker

x86-64

elf