轉： ltrace 是如何工作的（2016）

skyycj發表於2024-03-29

http://arthurchiao.art/blog/how-does-ltrace-work-zh/

strace 是一個系統呼叫，也是一個訊號跟蹤器（signal tracer），

  • 主要用於跟蹤系統呼叫，列印系統呼叫的引數、返回值、時間戳等很多資訊。
  • 也可以跟蹤和列印程序收到的訊號。
  • 在前一篇文章strace 是如何工作的 中介紹過， strace 內部基於 ptrace 系統呼叫。

ltrace 是一個函式庫呼叫跟蹤器（library call tracer）

  • 顧名思義，主要用於跟蹤程式的函式庫呼叫資訊。
  • 它也可以像 strace 一樣跟蹤系統呼叫和訊號。
  • 它的命令列引數和 strace 很相似。
  • ltrace 也是基於 ptrace。

雖然 strace 和 ltrace 底層都是基於 ptrace 系統呼叫， 但跟蹤庫函式和跟蹤系統呼叫還是有很大差別的，這就是為什麼會有 ltrace 的原因。

#重要概念

共享庫可以被載入到任意地址。這意味著，共享庫內的函式地址只有在執行時載入以後才能確定。 即使重複執行同一程式，載入同一動態庫，庫內的函式地址也是不同的。那麼，程式是如何呼叫地址未知的函式的呢？

簡短版的回答是：二進位制格式、作業系統，以及載入器。在 Linux 上，這是一 支程式和動態載入器之間的曼妙舞蹈

下面是詳細版的回答。

Linux 程式使用 ELF binary format，它提供了 許多特性。出於本文目的，我們這裡只介紹兩個：

  • 過程連結表（Procedure Linkage Table，PLT）
  • 全域性偏移表（Global Offset Table，GOT）

庫函式在 PLT 裡都有一組對應的彙編指令，通常稱作 trampoline，在函式被呼叫的時候執行。

PLT trampoline 程式碼

PLT trampoline 都遵循類似的格式，下面是一個例子：

PLT1: jmp *name1@GOTPCREL(%rip)
      pushq $index1
      jmp .PLT0
  • 第一行程式碼跳轉到一個地址，這個地址的值儲存在 GOT 中。
  • GOT 儲存了絕對地址。這些地址在程式啟動時初始化，指向 PLT pushq 指令所在的地址（第二行程式碼）。
  • 第三行 pushq $index1 為動態聯結器準備一些資料，然後透過 jmp .PLT0 跳轉到另一段程式碼，後者會進而呼叫動態連結器。

動態連結器透過 $index1 和其他一些資料來判斷程式想呼叫的是哪個庫函式，然後定位 到函式地址，並將其寫入 GOT，覆蓋之前初始化時的預設值。

當後面再次呼叫到這個函式時，就會直接找到函式地址，而不需再經過以上的動態連結器查 找過程。

流程總結

總結起來：

  1. 程式載入到記憶體時，程式和每個動態共享庫（例如 DSO）透過 PLT 和 GOT 對映到記憶體
  2. 程式開始執行時，動態共享庫裡的函式的記憶體地址是未知的，因為動態庫可以被載入到程式地址空間的任意地址
  3. 首次執行到一個函式的時候，執行過程轉到函式的 PLT，裡面是一些彙編程式碼（trampoline）
  4. trampoline 組織資料，然後呼叫動態連結器
  5. 動態連結器透過 PLT 準備的資料找到函式地址
  6. 將地址寫入 GOT 表，然後執行轉到該函式
  7. 後面再次呼叫到這個函式時，不再經過動態連結器，因為 GOT 裡已經儲存了函式地址，PLT 可以直接呼叫

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