动态链接相关结构

Auxiliary vector

简介

我们知道动态链接的程序的加载过程分成如下三步

1. 内核加载动态链接器ld.so，并为可执行文件创建相关进程，设置好进程的部分信息
2. 内核将控制权限交给动态链接器，动态链接器加载应用程序以及其需要使用到的动态库
3. 程序加载完后，控制权限交给可执行文件

在第二步中，动态链接器需要知道可执行文件和本进程的一些辅助信息，例如动态链接器最后需要将控制权限交给可执行文件，那么动态链接器在加载可执行文件时，需要知道该可执行文件的入口地址才行。因为内核在加载动态链接器时，已经得到了这些辅助信息，所以可以保存在进程的堆栈中，统一放置在Auxiliary vector，即辅助信息数组中。因此进程初始化时，其堆栈结构如下所示。

本质上，Auxiliary vector是内核 ELF 二进制加载器（内核源代码中的fs/binfmt_elf.c）在将新的可执行映像加载到进程时（其实内核只会加载ld.so，剩下的都是ld.so加载的）构建的键值对列表。其定义如下

// glibc: elf/elf.h
typedef struct
{
  uint64_t a_type;		/* Entry type，如page size, 程序执行入口等 */
  union
    {
      uint64_t a_val;		/* Integer value */
      /* We use to have pointer elements added here.  We cannot do that,
	 though, since it does not work when using 32-bit definitions
	 on 64-bit platforms and vice versa.  */
    } a_un;
} Elf64_auxv_t;

访问Auxiliary vector

在用户空间访问LD_SHOW_AUXV=1，有以下几种方式

• 手动遍历，通过进程初始化的堆栈结构可知，获取到argv后，第二个NULL之后便是Auxiliary vector

• 通过glibc的库函数getauxval（glibc2.16引入）访问指定的辅助信息，不过参考文档，该库函数的引入似乎没什么必要。示例如下

  #include <sys/auxv.h>
  
  int main() {
      printf("The page size of system: %d\n", getauxval(AT_PAGESZ));
      
      return 0;
  }

• 每个进程创建后，其对应的auxiliary vector也存放在/proc/PID/auxv文件中

• 在shell中，可以通过在命令前设置LD_SHOW_AUXV=1来查看auxiliary vector，示例如下

  LD_SHOW_AUXV=1 ls
  
  <<!
  AT_SYSINFO_EHDR:      0x7fff721ae000
  AT_??? (0x33): 0xe30
  AT_HWCAP:             bfebfbff
  AT_PAGESZ:            4096
  AT_CLKTCK:            100
  AT_PHDR:              0x55d4c0948040
  AT_PHENT:             56
  AT_PHNUM:             13
  AT_BASE:              0x7f0095502000
  AT_FLAGS:             0x0
  AT_ENTRY:             0x55d4c094e7d0
  AT_UID:               1000
  AT_EUID:              1000
  AT_GID:               1000
  AT_EGID:              1000
  AT_SECURE:            0
  AT_RANDOM:            0x7fff72196b39
  AT_HWCAP2:            0x2
  AT_EXECFN:            /usr/bin/ls
  AT_PLATFORM:          x86_64
  !

被使用的地方

在动态链接器中，以下地方会用到这些辅助信息

• glibc的中的ifunc的resolver中，一般会检测cpu_features，这些信息是保存在类型为AT_HWCAP*的辅助信息中的，AT_HWCAP*辅助信息是bit mask
• 动态链接器将控制权限交移给可执行文件时，此时需要知道可执行文件的执行入口、
• 待补充