采蕨 – 第 2 页 – 码林野致

使用环境变量调试动态链接器

2020-08-01 / Leave a Comment

Linux 下的动态链接/装载器 (ld.so, ld-linux.so*) 支持通过环境变量来改变程序运行时的动态链接行为，灵活使用会给调试工作带来很多方便。

LD_BIND_NOT 标记；如果设定，则会执行延迟绑定，即决议 (resolve) 某个符号之后，不更新全局偏移表 (GOT) 和过程链接表 (PLT)
LD_BIND_NOW 标记；如果设定，则会指定立即绑定，即程序启动后决议所有的符号，并更新 GOT 和 PLT
LD_DEBUG 输出动态链接器的 debug 信息，设为 all 将会输出所有的调试信息，设为 help 将会输出帮助信息
LD_DEBUG_PATH 指定 LD_DEBUG 输出的文件路径；如果未指定，默认输出到标准输出
LD_DYNAMIC_WEAK 允许弱符号 (weak symbols) 被外部符号覆盖 (旧版 glibc 的行为)
LD_HWCAP_MASK 设置硬件、平台兼容性的掩码
LD_LIBRARY_PATH 一个用冒号分隔的列表，用来指定运行时动态库的搜索路径
LD_PRELOAD 一个用空格分隔的列表，用来指定程序在运行时首先被装载的共享库。可利用这个特性来覆盖其他共享库中定义的函数。对于设定了强制位 (setuid/setgid) 的可执行程序，只有在标准搜索路径里面并且也被设定强制位 (setuid) 的共享库才能被装载。
LD_ORIGIN_PATH 指向可执行文件的系统路径
LD_PROFILE 指定要分析的共享库
LD_PROFILE_OUTPUT 指定共享库分析结果的输出文件；如果未指定，默认输出到标准输出
LD_SHOW_AUXV 显示从内核传递的辅助数组
LD_TRACE_LOADED_OBJECTS 标记；如果设定，将会列出依赖性而不是实际运行（如 ldd）
LD_WARN 标记；如果设定，将会警告未定义符号
LD_VERBOSE 标记；如果设置，则在查询有关程序的信息时输出有关程序的符号版本控制信息

注：以上环境变量只支持 glibc 2.2 及以上版本。

通过 man 手册可以查看有关动态链接器的更详细的信息：

1	$ man ld.so

指定共享库搜索路径的几种方式

2020-08-01 / Leave a Comment

Linux 上有三种方式指定运行时动态链接库的搜索路径，按照优先级顺序从高到低依次是：

rpath
LD_LIBRARY_PATH
runpath

假设我们有一个程序 a.out 动态链接 liba.so

1	$ g++ -g -W -fPIC -shared lib.cc -o liba.so

然后将 liba.so 拷贝到两个独立的目录中：

1 2	$ mkdir 1 2 $ cp liba.so 1; cp liba.so 2

目录结构如下

$ tree

├── 1

│ └── liba.so

├── 2

│ └── liba.so

├── a.out

├── lib.cc

├── main.cc

└── Makefile

使用 -Wl,–enable-new-dtags 参数，通过 gcc 告诉 linker (ld, ld.gold, lld) 使用新的 dtags，即 runpath

$ g++ -g -W -Wl,--enable-new-dtags -Wl,-rpath='$ORIGIN/1' main.cc liba.so -o a.out

$ objdump -x a.out |grep PATH

RUNPATH $ORIGIN/1

运行时通过环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定共享库查找路径为目录 2；通过调试动态链接器，可以看到优先在目录 2 中寻找 liba.so，即 LD_LIBRARY_PATH 的优先级高于 runpath.

$ LD_LIBRARY_PATH=$PWD/2 LD_DEBUG=libs ./a.out

find library=liba.so [0]; searching

search path=/home/joy/2/tls:/home/joy/2/x86_64:/home/joy/2 (LD_LIBRARY_PATH)

trying file=/home/joy/2/tls/x86_64/liba.so

trying file=/home/joy/2/tls/liba.so

trying file=/home/joy/2/x86_64/liba.so

trying file=/home/joy/2/liba.so

find library=libc.so.6 [0]; searching

search path=/home/joy/2 (LD_LIBRARY_PATH)

trying file=/home/joy/2/libc.so.6

search path=/home/joy/1/tls:/home/joy/1/x86_64:/home/joy/1 (RUNPATH from file ./a.out)

trying file=/home/joy/1/tls/x86_64/libc.so.6

trying file=/home/joy/1/tls/libc.so.6

trying file=/home/joy/1/x86_64/libc.so.6

trying file=/home/joy/1/libc.so.6

search cache=/etc/ld.so.cache

trying file=/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

calling init: /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

calling init: /home/joy/2/liba.so

initialize program: ./a.out

transferring control: ./a.out

calling fini: ./a.out [0]

calling fini: /home/joy/2/liba.so [0]

如果不指定 –enable-new-dtags 这个 linker 参数，或者使用 –disable-new-dtags，则会使用旧的 dtags，即 rpath

$ g++ -g -W -Wl,--disable-new-dtags -Wl,-rpath='$ORIGIN/1' main.cc liba.so -o a.out

$ objdump -x a.out |grep PATH

RPATH $ORIGIN/1

运行时通过环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定共享库查找路径为目录 2；通过调试动态链接器，可以看到优先在目录 1 中寻找 liba.so；即 rpath 的优先级高于 LD_LIBRARY_PATH.

$ LD_LIBRARY_PATH=$PWD/2 LD_DEBUG=libs ./a.out

find library=liba.so [0]; searching

search path=/home/joy/1/tls:/home/joy/1/x86_64:/home/joy/1 (RPATH from file ./a.out)

trying file=/home/joy/1/tls/x86_64/liba.so

trying file=/home/joy/1/tls/liba.so

trying file=/home/joy/1/x86_64/liba.so

trying file=/home/joy/1/liba.so

find library=libc.so.6 [0]; searching

search path=/home/joy/1 (RPATH from file ./a.out)

trying file=/home/joy/1/libc.so.6

search path=/home/joy/2/tls:/home/joy/2/x86_64:/home/joy/2 (LD_LIBRARY_PATH)

trying file=/home/joy/2/tls/x86_64/libc.so.6

trying file=/home/joy/2/tls/libc.so.6

trying file=/home/joy/2/x86_64/libc.so.6

trying file=/home/joy/2/libc.so.6

search cache=/etc/ld.so.cache

trying file=/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

calling init: /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

calling init: /home/joy/1/liba.so

initialize program: ./a.out

transferring control: ./a.out

calling fini: ./a.out [0]

calling fini: /home/joy/1/liba.so [0]

C++ 多重继承的内存布局和指针偏移

2020-07-31 / Leave a Comment

在 C++ 程序里，在有多重继承的类里面。指向派生类对象的基类指针，其实是指向了派生类对象里面，该基类对象的起始位置，该位置相对于派生类对象可能有偏移。偏移的大小，等于派生类的继承顺序表里面，排在该类前面的所有的类的数据成员（含虚表指针）所占的空间大小总和。

下面以一个简单的程序为例，揭示有多重继承关系的派生类对象的内存布局：

#include <stdio.h>

#pragma pack(4)

class A {

void foo() {}

};

class B {

public:

virtual void func() {};

private:

int b;

};

class C {

int c;

};

class D : public A, public B, public C {

public:

void func() override {};

private:

int d;

};

int main(int argc, const char* argv[]) {

D* pd = new D();

A* pa = p;

B* pb = p;

C* pc = p;

printf("pd=%p, pa=%p, pb=%p, pc=%p\n"

"sizeof(A)=%zd\n"

"sizeof(B)=%zd\n"

"sizeof(C)=%zd\n"

"sizeof(D)=%zd\n",

pd, pa, pb, pc,

sizeof(A), sizeof(B),

sizeof(C), sizeof(D));

return 0;

}

注意该程序用 #pragma pack 指令指示数据在内存中按 4 字节来对齐。在 x64 平台上编译执行结果：

$ g++ test.cc -std=c++11

$ ./a.out

pd=0x10c0010, pa=0x10c0010, pb=0x10c0010, pc=0x10c001c

sizeof(A)=1

sizeof(B)=12

sizeof(C)=4

sizeof(D)=20

我们首先来分析这四个类的大小。

A 只有一个普通函数成员 foo，没有任何数据成员，是一个空类，其大小为 1 字节。之所以空类大小不为零，是需要标识类对象在内存中的位置，这 1 字节空间仅作占位用，不代表任何意义。

B 有一个成员变量 int b 和一个虚函数成员 func，其中 b 的大小为 4 字节。由于存在虚函数，因此 B 类起始位置有一个虚表指针(vptr)，在 64 平台上指针的大小为 8 字节。因此 B 的大小为 4 + 8 = 12 字节。

C 仅有一个成员变量 int c，因此其大小也就为 4 字节。

D 继承自A, B, C，它的大小等于 A, B, C 的所有数据成员的大小，加上其自身的数据成员和虚表指针的总的大小：4(b) + 4(c) + 4(d) + 8(vptr) = 20 字节。

注意：在 D 的继承关系链里面，只有基类 B 有虚函数，因此对于 D 对象而言，总体只有一个虚表指针，也就是（B）基类对象中的虚表指针。如果派生类的多个基类都有虚函数，则对应每个有虚函数的基类，在派生类对象里都有一个虚表指针。

因此，对于分析派生类 D 的对象，其内存布局如下：

分析结果与程序运行结果一致。

一	二	三	四	五	六	日
1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19	20	21
22	23	24	25	26	27	28
29	30