ELF 動態鏈接核心機制：.plt、.got、.got.plt、.rel.dyn、.rel.plt 交互關係圖解

ELF 動態鏈接核心機制：.plt、.got、.got.plt、.rel.dyn、.rel.plt 交互關係圖解

ELF 動態鏈接透過 PLT (Procedure Linkage Table)、GOT (Global Offset Table) 與重定位表協作，實現「首次調用解析、後續直接跳轉」的延遲綁定。本文深度剖析五大段表交互流程，以 printf 為例演示完整調用鏈路。

五大關鍵段表角色

printf 首次調用完整流程

1. 主程式調用：call printf@plt → 跳轉至 .plt 中 printf 條目
2. PLT 桩碼執行：

   printf@plt:
       jmp *printf@GOTPCREL(%rip)   # 間接跳轉 .got.plt[printf]
       pushq $reloc_index           # 壓入重定位索引
       jmp .plt[0]                  # 跳轉通用解析入口

3. 初始狀態：.got.plt[printf] 指向 PLT 條目第 2、3 行（即 pushq/jmp），形成「自迴路」
4. 動態鏈接器介入（_dl_runtime_resolve）：
   • 根據重定位索引查找 .rel.plt 條目
   • 從符號表 .dynsym 獲取符號名 "printf"
   • 在共享庫鏈中搜尋 printf 定義（如 libc.so.6）
   • 計算實際虛擬地址
   • 寫入 .got.plt[printf] = 真實地址
5. 返回執行：jmp *printf@GOTPCREL(%rip) 現指向真實 printf，直接執行

第二次調用

call printf@plt
jmp *printf@GOTPCREL(%rip)  # 直接跳轉真實 printf，零開銷

關鍵數據結構關係圖

.plt[printf] ──jmp──→ .got.plt[printf] ──(初始)──→ .plt[printf]+6 (pushq/jmp)
                                    │
                                    └─(解析後)──→ libc!printf (真實地址)

.rel.plt[printf] : { r_offset=.got.plt[printf], r_info=SYM(printf)|R_JUMP_SLOT }
.dynsym[printf]  : { st_name="printf", st_value=0, st_shndx=SHN_UNDEF }

.got vs .got.plt 職責分離

• .got：數據引用重定位。全域變數、靜態變數、函數指針初始化。對應 .rel.dyn 重定位類型 R_GLOB_DAT / R_COPY。
• .got.plt：函數調用重定位。外部函數地址緩存。對應 .rel.plt 重定位類型 R_JUMP_SLOT。

延遲綁定 vs 立即綁定

• 延遲綁定（預設）：LD_BIND_NOW 未設。首次調用時解析，啟動快、未用函數不解析。
• 立即綁定：LD_BIND_NOW=1 或連結時 -z now。程式載入階段解析所有 PLT 條目，啟動慢、運行穩定、利於安全強化（RELRO）。

安全機制：RELRO (Read-Only Relocations)

• Partial RELRO：.got 只讀，.got.plt 可寫（支援延遲綁定）
• Full RELRO：.got + .got.plt 全部只讀（需立即綁定），防止 GOT 劫持攻擊
• 連結旗標：-Wl,-z,relro,-z,now

實用調試指令

# 查看 PLT/GOT
readelf -r a.out           # 重定位表
readelf -s a.out | grep printf  # 動態符號表
objdump -d -j .plt a.out   # 反組譯 PLT
gdb -ex "info file" -ex "maintenance info sections" ./a.out

ELF 動態鏈接機制以「分層間接」實現模組解耦與延遲解析，.plt/.got.plt/.rel.plt 三位一體完成函數綁定，.got/.rel.dyn 處理數據重定位，配合 RELRO 強化運行時安全。透徹理解此機制，是逆向分析、效能調優、安全加固的核心前提。