Linguagem C. Produção de programas em C (Ligação dinâmica) João Pedro Patriarca

Transcrição

1 Capítulo 7, secções Linguagem C Produção de programas em C (Ligação dinâmica) Centro de Cálculo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa João Pedro Patriarca (jpatri@cc.isel.ipl.pt)

2 Ligação estática Código fonte: app.c dyn_alloc.h dyn_dbg.h Tradutores (cpp, cc, as) liballoc.a libc.a Bibliotecas estáticas: Ficheiros objectos realocáveis: app.o dyn_alloc.o printf.o Linker (ld) > gcc static o app app.o./liballoc.a Desvantagens: O ficheiro executável contém as secções.text de todos os ficheiros objecto realocáveis de que dependa Cada processo tem mapeado em memória uma réplica do código dos módulos ligados estaticamente Com a opção -static os módulos usados da biblioteca standard também são ligados estaticamente. Ex: printf.o Ficheiro objecto executável: app Loader (execve)

3 Ligação dinâmica Código fonte: app.c dyn_alloc.h dyn_dbg.h Tradutores (cpp, cc, as) libc.so liballoc.so Bibliotecas partilhadas: Ficheiros objectos realocáveis: app.o Linker (ld) Informação de realocação e tabela de símbolos > gcc o app app.o. /liballoc.so Ficheiro objecto executável parcialmente ligado: app Loader (execve) libc.so liballoc.so Código e dados Dynamic linker (ld-linux.so) O Loader verifica a existência da secção.interp em app Acções do linker dinâmico: Carrega em memória código e dados das bibliotecas partilhadas Resolve símbolos globais indefinidos (RTLD_NOW) Executável em memória totalmente ligado

4 Geração da biblioteca partilhada Comando para criar biblioteca partilhada: > gcc shared o liballoc.so dyn_alloc.o dyn_dbg.o Opção shared: gera biblioteca partilhada Na biblioteca os endereços finais das secções estão por definir > gcc shared fpic o liballoc.so dyn_alloc.o dyn_dbg.o Opção fpic: por indicação do manual gcc (ver descrição da opção shared) Produce a shared object which can then be linked with other objects to form an executable. Not all systems support this option. For predictable results, you must also specify the same set of options that were used to generate code (-fpic, -fpic, or model suboptions) when you specify this option.

5 Código partilhado por vários processos Resolvidas as réplicas de código nos ficheiros executáveis O código das bibliotecas partilhadas, depois de carregado em memória, não é mais alterado O código das bibliotecas partilhadas pode ser partilhado por vários processos Dificuldades: Como são resolvidos os símbolos globais indefinidos (endereços de variáveis e funções externas) no código das bibliotecas partilhadas? (os endereços podem ter valores diferentes para vários processos que usem a mesma biblioteca partilhada) Como são resolvidos os símbolos globais de variáveis definidas nos ficheiros objecto realocáveis das bibliotecas partilhadas? (os endereços das variáveis podem ter valores diferentes quando a mesma biblioteca é partilhada por diferentes processos) Como são resolvidas as referências das chamadas a funções locais definidas nas bibliotecas partilhadas? Não existe problema porque o cálculo do endereço é relativo ao valor actual do registo PC Generalização do problema: Para o código poder ser partilhado, não podem existir referências directas a símbolos que estão sujeitos a realocação

6 Solução PIC (Position Independent Code) Comando para gerar código independente da posição > gcc Wall pedantic c fpic dyn_alloc.c dyn_dbg.c A solução PIC passa por não codificar acessos directos a símbolos globais sujeitos a realocação O compilador gera acessos indirectos quando envolvidos símbolos globais sujeitos a realocação GOT (Global Offset Table): tabela com endereços sujeitos a realocação shared.c int shared_v = 10; int inc_sh(int v) { shared_v += 10; return v+1; } EBX = EPC call i686.get_pc_thunk.bx add ebx,0x1be0 mov eax,dword PTR [ebx-0x8] mov eax,dword PTR [eax] Conteúdo de shared_v em EAX GOT_OFFSET_TABLE Endereço de shared_v actualizado em EAX 0xc user stack read/write (.data shared lib).got read-only (.text shared lib) 0x heap read/write (.data,.bss) read-only (.init,.text,.rodata) 0x

7 Solução PIC para resolver chamadas a funções As chamadas a funções poderiam ser resolvidas de uma forma equivalente sofriam uma penalização equivalente na chamada.got_plt: contém entre outras entradas, a entrada onde será actualizado o endereço da função inc_sh.plt: acessos indirectos com base na tabela de endereços (lasy bind) app1.c #include "shared.h" int main() { ID para a int v; entrada inc_sh v = inc_sh(v); v = inc_sh(v); } Entrada com informação de identificação para o linker <inc_sh@plt-0x10>: push DWORD PTR.GOT.PLT[1] jmp DWORD PTR.GOT.PLT[2] <inc_sh@plt>: jmp DWORD PTR.GOT.PLT[3] push 0x0 jmp <inc_sh@plt-0x10> main: mov DWORD PTR [esp],eax call <inc_sh@plt> call <inc_sh@plt> Entrada com endereço do Linker dinâmico Entrada com o endereço da função inc_sh* * no primeiro acesso contém o endereço da instrução push 0x0 0xc user stack read/write (.data shared lib) read-only (.text shared lib) 0x heap read/write (.data,.bss).got.plt.plt read-only (.init,.text,.rodata) 0x

8 Carregamento da biblioteca em tempo de execução Interface programática (<dlfcn.h>) void * dlopen(const char * so_name, int mode); Carrega a biblioteca partilhada indicada (pode já estar em memória) Retorna o ponteiro (handle) a usar na linkagem de cada símbolo Retorna NULL se não for possível carregar a biblioteca O parâmetro mode pode ser RTLD_NOW ou RTLD_LAZY e RTLD_GLOBAL void * dlsym(void * handle, const char * symbol); Liga o símbolo pedido Retorna o ponteiro para a função ou variável do nome indicado Retorna NULL se não for possível fazer a ligação int dlclose(void * handle); Descarrega a biblioteca partilhada (se não estiver a ser usada por outros processos) Retorna 0 em caso de sucesso; retorna -1 em caso de erro char * dlerror(); Devolve string que descreve o erro mais recente ocorrido nas chamadas a dlopen, dlsym ou dlclose Retorna NULL se não aconteceu nenhum erro desde o início ou desde a última chamada a dlerror

9 Carregamento da biblioteca partilhada em tempo de execução execução Código fonte: app.c dyn_alloc.h dyn_dbg.h > gcc c app.c Ficheiros objectos realocáveis: Tradutores (cpp, cc, as) app.o Linker (ld) libc.so libdl.so Bibliotecas partilhadas: Informação de realocação e tabela de símbolos > gcc rdynamic o app app.o -ldl Ficheiro objecto executável parcialmente ligado: app Loader (execve) libc.so libdl.so Código e dados Dynamic linker (ld-linux.so) Executável em memória totalmente ligado