xinyin025/learn.lianglianglee.com
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/zhwei820/learn.lianglianglee.com.git synced 2025-10-01 15:46:44 +08:00
Code Issues Actions Packages Projects Releases Wiki Activity
48163c6373
learn.lianglianglee.com/专栏/深入浅出计算机组成原理/10 动态链接：程序内部的“共享单车”.md.html
周伟 48163c6373 y
2022-05-11 18:52:13 +08:00

1231 lines
36 KiB
HTML
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

<!DOCTYPE html>
<!-- saved from url=(0046)https://kaiiiz.github.io/hexo-theme-book-demo/ -->
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1.0, user-scalable=no">
<link rel="icon" href="/static/favicon.png">
<title>10 动态链接：程序内部的“共享单车”.md.html</title>
<!-- Spectre.css framework -->
<link rel="stylesheet" href="/static/index.css">
<!-- theme css & js -->
<meta name="generator" content="Hexo 4.2.0">
</head>
<body>
<div class="book-container">
<div class="book-sidebar">
<div class="book-brand">
<a href="/">
<img src="/static/favicon.png">
<span>技术文章摘抄</span>
</a>
</div>
<div class="book-menu uncollapsible">
<ul class="uncollapsible">
<li><a href="/" class="current-tab">首页</a></li>
</ul>
<ul class="uncollapsible">
<li><a href="../">上一级</a></li>
</ul>
<ul class="uncollapsible">
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/00 开篇词 为什么你需要学习计算机组成原理？.md">00 开篇词 为什么你需要学习计算机组成原理？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/01 冯·诺依曼体系结构：计算机组成的金字塔.md">01 冯·诺依曼体系结构：计算机组成的金字塔.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/02 给你一张知识地图，计算机组成原理应该这么学.md">02 给你一张知识地图，计算机组成原理应该这么学.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/03 通过你的CPU主频，我们来谈谈“性能”究竟是什么？.md">03 通过你的CPU主频，我们来谈谈“性能”究竟是什么？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/04 穿越功耗墙，我们该从哪些方面提升“性能”？.md">04 穿越功耗墙，我们该从哪些方面提升“性能”？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/05 计算机指令：让我们试试用纸带编程.md">05 计算机指令：让我们试试用纸带编程.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/06 指令跳转：原来if...else就是goto.md">06 指令跳转：原来if...else就是goto.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/07 函数调用：为什么会发生stack overflow？.md">07 函数调用：为什么会发生stack overflow？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/08 ELF和静态链接：为什么程序无法同时在Linux和Windows下运行？.md">08 ELF和静态链接：为什么程序无法同时在Linux和Windows下运行？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/09 程序装载：“640K内存”真的不够用么？.md">09 程序装载：“640K内存”真的不够用么？.md.html</a>
</li>
<li>
<a class="current-tab" href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/10 动态链接：程序内部的“共享单车”.md">10 动态链接：程序内部的“共享单车”.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/11 二进制编码：“手持两把锟斤拷，口中疾呼烫烫烫”？.md">11 二进制编码：“手持两把锟斤拷，口中疾呼烫烫烫”？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/12 理解电路：从电报机到门电路，我们如何做到“千里传信”？.md">12 理解电路：从电报机到门电路，我们如何做到“千里传信”？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/13 加法器：如何像搭乐高一样搭电路（上）？.md">13 加法器：如何像搭乐高一样搭电路（上）？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/14 乘法器：如何像搭乐高一样搭电路（下）？.md">14 乘法器：如何像搭乐高一样搭电路（下）？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/15 浮点数和定点数（上）：怎么用有限的Bit表示尽可能多的信息？.md">15 浮点数和定点数（上）：怎么用有限的Bit表示尽可能多的信息？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/16 浮点数和定点数（下）：深入理解浮点数到底有什么用？.md">16 浮点数和定点数（下）：深入理解浮点数到底有什么用？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/17 建立数据通路（上）：指令加运算=CPU.md">17 建立数据通路（上）：指令加运算=CPU.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/18 建立数据通路（中）：指令加运算=CPU.md">18 建立数据通路（中）：指令加运算=CPU.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/19 建立数据通路（下）：指令加运算=CPU.md">19 建立数据通路（下）：指令加运算=CPU.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/20 面向流水线的指令设计（上）：一心多用的现代CPU.md">20 面向流水线的指令设计（上）：一心多用的现代CPU.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/21 面向流水线的指令设计（下）：奔腾4是怎么失败的？.md">21 面向流水线的指令设计（下）：奔腾4是怎么失败的？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/22 冒险和预测（一）：hazard是“危”也是“机”.md">22 冒险和预测（一）：hazard是“危”也是“机”.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/23 冒险和预测（二）：流水线里的接力赛.md">23 冒险和预测（二）：流水线里的接力赛.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/24 冒险和预测（三）：CPU里的“线程池”.md">24 冒险和预测（三）：CPU里的“线程池”.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/25 冒险和预测（四）：今天下雨了，明天还会下雨么？.md">25 冒险和预测（四）：今天下雨了，明天还会下雨么？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/26 Superscalar和VLIW：如何让CPU的吞吐率超过1？.md">26 Superscalar和VLIW：如何让CPU的吞吐率超过1？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/27 SIMD：如何加速矩阵乘法？.md">27 SIMD：如何加速矩阵乘法？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/28 异常和中断：程序出错了怎么办？.md">28 异常和中断：程序出错了怎么办？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/29 CISC和RISC：为什么手机芯片都是ARM？.md">29 CISC和RISC：为什么手机芯片都是ARM？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/30 GPU（上）：为什么玩游戏需要使用GPU？.md">30 GPU（上）：为什么玩游戏需要使用GPU？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/31 GPU（下）：为什么深度学习需要使用GPU？.md">31 GPU（下）：为什么深度学习需要使用GPU？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/32 FPGA、ASIC和TPU（上）：计算机体系结构的黄金时代.md">32 FPGA、ASIC和TPU（上）：计算机体系结构的黄金时代.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/33 解读TPU：设计和拆解一块ASIC芯片.md">33 解读TPU：设计和拆解一块ASIC芯片.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/34 理解虚拟机：你在云上拿到的计算机是什么样的？.md">34 理解虚拟机：你在云上拿到的计算机是什么样的？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/35 存储器层次结构全景：数据存储的大金字塔长什么样？.md">35 存储器层次结构全景：数据存储的大金字塔长什么样？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/36 局部性原理：数据库性能跟不上，加个缓存就好了？.md">36 局部性原理：数据库性能跟不上，加个缓存就好了？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/37 理解CPU Cache（上）：“4毫秒”究竟值多少钱？.md">37 理解CPU Cache（上）：“4毫秒”究竟值多少钱？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/38 高速缓存（下）：你确定你的数据更新了么？.md">38 高速缓存（下）：你确定你的数据更新了么？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/39 MESI协议：如何让多核CPU的高速缓存保持一致？.md">39 MESI协议：如何让多核CPU的高速缓存保持一致？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/40 理解内存（上）：虚拟内存和内存保护是什么？.md">40 理解内存（上）：虚拟内存和内存保护是什么？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/41 理解内存（下）：解析TLB和内存保护.md">41 理解内存（下）：解析TLB和内存保护.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/42 总线：计算机内部的高速公路.md">42 总线：计算机内部的高速公路.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/43 输入输出设备：我们并不是只能用灯泡显示“0”和“1”.md">43 输入输出设备：我们并不是只能用灯泡显示“0”和“1”.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/44 理解IO_WAIT：IO性能到底是怎么回事儿？.md">44 理解IO_WAIT：IO性能到底是怎么回事儿？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/45 机械硬盘：Google早期用过的“黑科技”.md">45 机械硬盘：Google早期用过的“黑科技”.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/46 SSD硬盘（上）：如何完成性能优化的KPI？.md">46 SSD硬盘（上）：如何完成性能优化的KPI？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/47 SSD硬盘（下）：如何完成性能优化的KPI？.md">47 SSD硬盘（下）：如何完成性能优化的KPI？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/48 DMA：为什么Kafka这么快？.md">48 DMA：为什么Kafka这么快？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/49 数据完整性（上）：硬件坏了怎么办？.md">49 数据完整性（上）：硬件坏了怎么办？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/50 数据完整性（下）：如何还原犯罪现场？.md">50 数据完整性（下）：如何还原犯罪现场？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/51 分布式计算：如果所有人的大脑都联网会怎样？.md">51 分布式计算：如果所有人的大脑都联网会怎样？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/52 设计大型DMP系统（上）：MongoDB并不是什么灵丹妙药.md">52 设计大型DMP系统（上）：MongoDB并不是什么灵丹妙药.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/53 设计大型DMP系统（下）：SSD拯救了所有的DBA.md">53 设计大型DMP系统（下）：SSD拯救了所有的DBA.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/54 理解Disruptor（上）：带你体会CPU高速缓存的风驰电掣.md">54 理解Disruptor（上）：带你体会CPU高速缓存的风驰电掣.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/55 理解Disruptor（下）：不需要换挡和踩刹车的CPU，有多快？.md">55 理解Disruptor（下）：不需要换挡和踩刹车的CPU，有多快？.md.html</a>
</li>
<li>
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/结束语 知也无涯，愿你也享受发现的乐趣.md">结束语 知也无涯，愿你也享受发现的乐趣.md.html</a>
</li>
</ul>
</div>
</div>
<div class="sidebar-toggle" onclick="sidebar_toggle()" onmouseover="add_inner()" onmouseleave="remove_inner()">
<div class="sidebar-toggle-inner"></div>
</div>
<script>
function add_inner() {
let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
inner.classList.add('show')
}
function remove_inner() {
let inner = document.querySelector('.sidebar-toggle-inner')
inner.classList.remove('show')
}
function sidebar_toggle() {
let sidebar_toggle = document.querySelector('.sidebar-toggle')
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let content = document.querySelector('.off-canvas-content')
if (sidebar_toggle.classList.contains('extend')) { // show
sidebar_toggle.classList.remove('extend')
sidebar.classList.remove('hide')
content.classList.remove('extend')
} else { // hide
sidebar_toggle.classList.add('extend')
sidebar.classList.add('hide')
content.classList.add('extend')
}
}
function open_sidebar() {
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
sidebar.classList.add('show')
overlay.classList.add('show')
}
function hide_canvas() {
let sidebar = document.querySelector('.book-sidebar')
let overlay = document.querySelector('.off-canvas-overlay')
sidebar.classList.remove('show')
overlay.classList.remove('show')
}
</script>
<div class="off-canvas-content">
<div class="columns">
<div class="column col-12 col-lg-12">
<div class="book-navbar">
<!-- For Responsive Layout -->
<header class="navbar">
<section class="navbar-section">
<a onclick="open_sidebar()">
<i class="icon icon-menu"></i>
</a>
</section>
</header>
</div>
<div class="book-content" style="max-width: 960px; margin: 0 auto;
overflow-x: auto;
overflow-y: hidden;">
<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>10 动态链接：程序内部的“共享单车”</h1>
<p>我们之前讲过，程序的链接，是把对应的不同文件内的代码段，合并到一起，成为最后的可执行文件。这个链接的方式，让我们在写代码的时候做到了“复用”。同样的功能代码只要写一次，然后提供给很多不同的程序进行链接就行了。</p>
<p>这么说来，“链接”其实有点儿像我们日常生活中的<strong>标准化、模块化</strong>生产。我们有一个可以生产标准螺帽的生产线，就可以生产很多个不同的螺帽。只要需要螺帽，我们都可以通过<strong>链接</strong>的方式，去<strong>复制</strong>一个出来，放到需要的地方去，大到汽车，小到信箱。</p>
<p>但是，如果我们有很多个程序都要通过装载器装载到内存里面，那里面链接好的同样的功能代码，也都需要再装载一遍，再占一遍内存空间。这就好比，假设每个人都有骑自行车的需要，那我们给每个人都生产一辆自行车带在身边，固然大家都有自行车用了，但是马路上肯定会特别拥挤。</p>
<p><img src="assets/092dfd81e3cc45ea237bb85557bbfa51.jpg" alt="img" /></p>
<h2>链接可以分动、静，共享运行省内存</h2>
<p>我们上一节解决程序装载到内存的时候，讲了很多方法。说起来，最根本的问题其实就是<strong>内存空间不够用</strong>。如果我们能够让同样功能的代码，在不同的程序里面，不需要各占一份内存空间，那该有多好啊！就好比，现在马路上的共享单车，我们并不需要给每个人都造一辆自行车，只要马路上有这些单车，谁需要的时候，直接通过手机扫码，都可以解锁骑行。</p>
<p>这个思路就引入一种新的链接方法，叫作<strong>动态链接</strong>（Dynamic Link）。相应的，我们之前说的合并代码段的方法，就是<strong>静态链接</strong>（Static Link）。</p>
<p>在动态链接的过程中，我们想要“链接”的，不是存储在硬盘上的目标文件代码，而是加载到内存中的<strong>共享库</strong>（Shared Libraries）。顾名思义，这里的共享库重在“共享“这两个字。</p>
<p>这个加载到内存中的共享库会被很多个程序的指令调用到。在 Windows 下，这些共享库文件就是.dll 文件，也就是 Dynamic-Link Libary（DLL，动态链接库）。在 Linux 下，这些共享库文件就是.so 文件，也就是 Shared Object（一般我们也称之为动态链接库）。这两大操作系统下的文件名后缀，一个用了“动态链接”的意思，另一个用了“共享”的意思，正好覆盖了两方面的含义。</p>
<p><img src="assets/2980d241d3c7cbfa3724cb79b801d160.jpg" alt="img" /></p>
<h2>地址无关很重要，相对地址解烦恼</h2>
<p>不过，要想要在程序运行的时候共享代码，也有一定的要求，就是这些机器码必须是“<strong>地址无关</strong>”的。也就是说，我们编译出来的共享库文件的指令代码，是地址无关码（Position-Independent Code）。换句话说就是，这段代码，无论加载在哪个内存地址，都能够正常执行。如果不是这样的代码，就是地址相关的代码。</p>
<p>如果还不明白，我给你举一个生活中的例子。如果我们有一个骑自行车的程序，要“前进 500 米，左转进入天安门广场，再前进 500 米”。它在 500 米之后要到天安门广场了，这就是地址相关的。如果程序是“前进 500 米，左转，再前进 500 米”，无论你在哪里都可以骑车走这 1000 米，没有具体地点的限制，这就是地址无关的。</p>
<p>你可以想想，大部分函数库其实都可以做到地址无关，因为它们都接受特定的输入，进行确定的操作，然后给出返回结果就好了。无论是实现一个向量加法，还是实现一个打印的函数，这些代码逻辑和输入的数据在内存里面的位置并不重要。</p>
<p>而常见的地址相关的代码，比如绝对地址代码（Absolute Code）、利用重定位表的代码等等，都是地址相关的代码。你回想一下我们之前讲过的重定位表。在程序链接的时候，我们就把函数调用后要跳转访问的地址确定下来了，这意味着，如果这个函数加载到一个不同的内存地址，跳转就会失败。</p>
<p><img src="assets/8cab516a92fd3d7e951887808597094a.jpg" alt="img" /></p>
<p>对于所有动态链接共享库的程序来讲，虽然我们的共享库用的都是同一段物理内存地址，但是在不同的应用程序里，它所在的虚拟内存地址是不同的。我们没办法、也不应该要求动态链接同一个共享库的不同程序，必须把这个共享库所使用的虚拟内存地址变成一致。如果这样的话，我们写的程序就必须明确地知道内部的内存地址分配。</p>
<p>那么问题来了，我们要怎么样才能做到，动态共享库编译出来的代码指令，都是地址无关码呢？</p>
<p>动态代码库内部的变量和函数调用都很容易解决，我们只需要使用<strong>相对地址</strong>（Relative Address）就好了。各种指令中使用到的内存地址，给出的不是一个绝对的地址空间，而是一个相对于当前指令偏移量的内存地址。因为整个共享库是放在一段连续的虚拟内存地址中的，无论装载到哪一段地址，不同指令之间的相对地址都是不变的。</p>
<h2>PLT 和 GOT，动态链接的解决方案</h2>
<p>要实现动态链接共享库，也并不困难，和前面的静态链接里的符号表和重定向表类似，还是和前面一样，我们还是拿出一小段代码来看一看。</p>
<p>首先，lib.h 定义了动态链接库的一个函数 show_me_the_money。</p>
<pre><code>// lib.h
#ifndef LIB_H
#define LIB_H
void show_me_the_money(int money);
#endif
</code></pre>
<p>lib.c 包含了 lib.h 的实际实现。</p>
<pre><code>// lib.c
#include &lt;stdio.h&gt;
void show_me_the_money(int money)
{
printf(&quot;Show me USD %d from lib.c \n&quot;, money);
}
</code></pre>
<p>然后，show_me_poor.c 调用了 lib 里面的函数。</p>
<pre><code>// show_me_poor.c
#include &quot;lib.h&quot;
int main()
{
int money = 5;
show_me_the_money(money);
}
</code></pre>
<p>最后，我们把 lib.c 编译成了一个动态链接库，也就是 .so 文件。</p>
<pre><code>$ gcc lib.c -fPIC -shared -o lib.so
$ gcc -o show_me_poor show_me_poor.c ./lib.so
</code></pre>
<p>你可以看到，在编译的过程中，我们指定了一个 <strong>-fPIC</strong> 的参数。这个参数其实就是 Position Independent Code 的意思，也就是我们要把这个编译成一个地址无关代码。</p>
<p>然后，我们再通过 gcc 编译 show_me_poor 动态链接了 lib.so 的可执行文件。在这些操作都完成了之后，我们把 show_me_poor 这个文件通过 objdump 出来看一下。</p>
<pre><code>$ objdump -d -M intel -S show_me_poor
复制代码
……
0000000000400540 &lt;<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="ed9e85829ab28088b2998588b28082838894ad9d8199c0dd95dcdd">[email&#160;protected]</a>&gt;:
400540: ff 35 12 05 20 00 push QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a58 &lt;_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x8&gt;
400546: ff 25 14 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200514] # 600a60 &lt;_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x10&gt;
40054c: 0f 1f 40 00 nop DWORD PTR [rax+0x0]
0000000000400550 &lt;<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="7e0d16110921131b210a161b211311101b073e0e120a">[email&#160;protected]</a>&gt;:
400550: ff 25 12 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a68 &lt;_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x18&gt;
400556: 68 00 00 00 00 push 0x0
40055b: e9 e0 ff ff ff jmp 400540 &lt;_init+0x28&gt;
……
0000000000400676 &lt;main&gt;:
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 &lt;<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="7a0912150d25171f250e121f251715141f033a0a160e">[email&#160;protected]</a>&gt;
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]
……
</code></pre>
<p>我们还是只关心整个可执行文件中的一小部分内容。你应该可以看到，在 main 函数调用 show_me_the_money 的函数的时候，对应的代码是这样的：</p>
<pre><code>call 400550 &lt;<a href="/cdn-cgi/l/email-protection" class="__cf_email__" data-cfemail="7c0f14130b231119230814192311131219053c0c1008">[email&#160;protected]</a>&gt;
复制代码
</code></pre>
<p>这里后面有一个 @plt 的关键字，代表了我们需要从 PLT，也就是<strong>程序链接表</strong>（Procedure Link Table）里面找要调用的函数。对应的地址呢，则是 400550 这个地址。</p>
<p>那当我们把目光挪到上面的 400550 这个地址，你又会看到里面进行了一次跳转，这个跳转指定的跳转地址，你可以在后面的注释里面可以看到，GLOBAL_OFFSET_TABLE+0x18。这里的 GLOBAL_OFFSET_TABLE，就是我接下来要说的全局偏移表。</p>
<pre><code> 400550: ff 25 12 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a68 &lt;_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x18&gt;
复制代码
</code></pre>
<p>在动态链接对应的共享库，我们在共享库的 data section 里面，保存了一张<strong>全局偏移表</strong>（GOT，Global Offset Table）。**虽然共享库的代码部分的物理内存是共享的，但是数据部分是各个动态链接它的应用程序里面各加载一份的。**所有需要引用当前共享库外部的地址的指令，都会查询 GOT，来找到当前运行程序的虚拟内存里的对应位置。而 GOT 表里的数据，则是在我们加载一个个共享库的时候写进去的。</p>
<p>不同的进程，调用同样的 lib.so，各自 GOT 里面指向最终加载的动态链接库里面的虚拟内存地址是不同的。</p>
<p>这样，虽然不同的程序调用的同样的动态库，各自的内存地址是独立的，调用的又都是同一个动态库，但是不需要去修改动态库里面的代码所使用的地址，而是各个程序各自维护好自己的 GOT，能够找到对应的动态库就好了。</p>
<p><img src="assets/1144d3a2d4f3f4f87c349a93429805c8.jpg" alt="img" /></p>
<p>我们的 GOT 表位于共享库自己的数据段里。GOT 表在内存里和对应的代码段位置之间的偏移量，始终是确定的。这样，我们的共享库就是地址无关的代码，对应的各个程序只需要在物理内存里面加载同一份代码。而我们又要通过各个可执行程序在加载时，生成的各不相同的 GOT 表，来找到它需要调用到的外部变量和函数的地址。</p>
<p>这是一个典型的、不修改代码，而是通过修改“<strong>地址数据</strong>”来进行关联的办法。它有点像我们在 C 语言里面用函数指针来调用对应的函数，并不是通过预先已经确定好的函数名称来调用，而是利用当时它在内存里面的动态地址来调用。</p>
<h2>总结延伸</h2>
<p>这一讲，我们终于在静态链接和程序装载之后，利用动态链接把我们的内存利用到了极致。同样功能的代码生成的共享库，我们只要在内存里面保留一份就好了。这样，我们不仅能够做到代码在开发阶段的复用，也能做到代码在运行阶段的复用。</p>
<p>实际上，在进行 Linux 下的程序开发的时候，我们一直会用到各种各样的动态链接库。C 语言的标准库就在 1MB 以上。我们撰写任何一个程序可能都需要用到这个库，常见的 Linux 服务器里，/usr/bin 下面就有上千个可执行文件。如果每一个都把标准库静态链接进来的，几 GB 乃至几十 GB 的磁盘空间一下子就用出去了。如果我们服务端的多进程应用要开上千个进程，几 GB 的内存空间也会一下子就用出去了。这个问题在过去计算机的内存较少的时候更加显著。</p>
<p>通过动态链接这个方式，可以说彻底解决了这个问题。就像共享单车一样，如果仔细经营，是一个很有社会价值的事情，但是如果粗暴地把它变成无限制地复制生产，给每个人造一辆，只会在系统内制造大量无用的垃圾。</p>
<p>过去的 05～09 这五讲里，我们已经把程序怎么从源代码变成指令、数据，并装载到内存里面，由 CPU 一条条执行下去的过程讲完了。希望你能有所收获，对于一个程序是怎么跑起来的，有了一个初步的认识。</p>
<h2>推荐阅读</h2>
<p>想要更加深入地了解动态链接，我推荐你可以读一读《程序员的自我修养：链接、装载和库》的第 7 章，里面深入地讲解了，动态链接里程序内的数据布局和对应数据的加载关系。</p>
</div>
</div>
<div>
<div style="float: left">
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/09 程序装载：“640K内存”真的不够用么？.md">上一页</a>
</div>
<div style="float: right">
<a href="/专栏/深入浅出计算机组成原理/11 二进制编码：“手持两把锟斤拷，口中疾呼烫烫烫”？.md">下一页</a>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
</div>
<a class="off-canvas-overlay" onclick="hide_canvas()"></a>
</div>
<script data-cfasync="false" src="/cdn-cgi/scripts/5c5dd728/cloudflare-static/email-decode.min.js"></script><script defer src="https://static.cloudflareinsights.com/beacon.min.js/v652eace1692a40cfa3763df669d7439c1639079717194" integrity="sha512-Gi7xpJR8tSkrpF7aordPZQlW2DLtzUlZcumS8dMQjwDHEnw9I7ZLyiOj/6tZStRBGtGgN6ceN6cMH8z7etPGlw==" data-cf-beacon='{"rayId":"70997a9939303cfa","version":"2021.12.0","r":1,"token":"1f5d475227ce4f0089a7cff1ab17c0f5","si":100}' crossorigin="anonymous"></script>
</body>
<!-- Global site tag (gtag.js) - Google Analytics -->
<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=G-NPSEEVD756"></script>
<script>
window.dataLayer = window.dataLayer || [];
function gtag() {
dataLayer.push(arguments);
}
gtag('js', new Date());
gtag('config', 'G-NPSEEVD756');
var path = window.location.pathname
var cookie = getCookie("lastPath");
console.log(path)
if (path.replace("/", "") === "") {
if (cookie.replace("/", "") !== "") {
console.log(cookie)
document.getElementById("tip").innerHTML = "<a href='" + cookie + "'>跳转到上次进度</a>"
}
} else {
setCookie("lastPath", path)
}
function setCookie(cname, cvalue) {
var d = new Date();
d.setTime(d.getTime() + (180 * 24 * 60 * 60 * 1000));
var expires = "expires=" + d.toGMTString();
document.cookie = cname + "=" + cvalue + "; " + expires + ";path = /";
}
function getCookie(cname) {
var name = cname + "=";
var ca = document.cookie.split(';');
for (var i = 0; i < ca.length; i++) {
var c = ca[i].trim();
if (c.indexOf(name) === 0) return c.substring(name.length, c.length);
}
return "";
}
</script>
</html>
Reference in New Issue View Git Blame Copy Permalink