我能否通过编程方式更改全局偏移表/GOT或过程链接表/PLT？

Question

在运行时可以确定某些平台特定功能的可用性，例如SSE或AVX。如果不想为不同的功能编译和发送不同的对象，则这非常有用。

例如，以下代码允许我检查AVX并使用提供cpuid.h头文件的gcc进行编译:

 #include "stdbool.h"
 #include "cpuid.h"

 bool has_avx(void)
 {
     uint32_t eax, ebx, ecx, edx;
     __get_cpuid(1, &eax, &ebx, &ecx, &edx);
    return ecx & bit_AVX;
 }

不要在代码中频繁执行运行时检查（例如上述内容），这样会使代码混乱、速度变慢，同时引入分支结构（尽管可以缓存检查结果以减少开销，但仍会引入分支结构）；相反，我考虑使用动态链接器/装载器提供的基础设施。

在ELF平台上，具有外部链接的函数的调用已经是间接的，并通过程序链接表/PLT和全局偏移表/GOT进行。

假设存在两个内部函数，一个是基本的_do_something_basic，总是执行同样的操作，另一个是一种优化过的版本_do_something_avx，它使用AVX。我可以导出一个通用的do_something符号，并将其别名用于基本的加法：

static void _do_something_basic(…) {
    // Basic implementation
}


static void _do_something_avx(…) {
    // Optimized implementation using AVX
}

void do_something(…) __attribute__((alias("_do_something_basic")));

在我的库或程序的加载期间，我想通过使用has_avx检查AVX的可用性，并根据检查结果将do_something符号指向_do_something_avx。最好的情况是，如果我能够将do_something符号的初始版本指向一个自修改函数，该函数使用has_avx检查AVX的可用性，并用_do_something_basic或_do_something_avx替换它自己。

理论上这应该是可能的，但我如何通过编程方式找到PLT/GOT的位置呢？是否有由ELF加载器（例如ld-linux.so.2）提供的ABI/API可用于此？我需要链接脚本来获取PLT/GOT的位置吗？至于安全考虑，如果我获得指向PLT/GOT的指针，我能否写入其中？

也许某个项目已经完成了类似的工作。 我完全意识到解决方案将高度特定于平台，但既然我已经不得不处理低级平台特定细节，例如指令集的特性，那么这没问题。

- Sebastian Schrader

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据我所知，Solaris通过在引导时运行脚本来交换受影响库的硬链接，以使其与硬件匹配，从而解决了这个问题。 - fuz

创建您的库的不同版本，然后使用dlopen加载适当的版本。不必自己操纵PLT。请参见此答案示例。 - Jester

另一个你可以考虑的可能性是使用函数指针。如果你采取这种方法，你只需要进行一次检查，构建函数指针表，就不需要在运行时修改 PLT 或 GOT 了。 - David Hoelzer

你有权认为这是一个黑客行为，但对我来说，这是一种优雅且正确的解决方案 :) 加载适当的库，符号会自动解析到正确的版本。肯定比手动操纵PLT条目更加优雅，而且它还跨平台和具备未来性。 - Jester

GCC 6拥有多版本控制。你正在重新发明轮子。 - MSalters

Answer 1

正如其他人建议的那样，您可以使用特定于平台的库版本。或者，如果您愿意坚持使用Linux，您可以使用（相对较新的）IFUNC重定位，它可以完全满足您的需求。

编辑：正如Sebastian所指出的，IFUNCs似乎也受到其他平台（FreeBSD、Android）的支持。但请注意，该功能并不被广泛使用，可能存在一些问题。

- yugr

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“ifunc”正是我所需要的，但这是否真的只适用于Linux？在我看来，它似乎是GNU和ELF特定的，因此它应该也可以在其他一些平台上工作。 - Sebastian Schrader

谢谢，我有不同的印象。我已经更新了答案。 - yugr

Answer 2

一个简单的方法是使用自己的函数指针而不是修改 PLT 中的函数指针。

例如：

extern void (*do_something)(...);

void
_do_something(...) {
     if (has_avx()) {
         do_something = _do_something_avx;
     } else { 
         do_something = _do_something_basic;
     }
     do_something(...);
}

void (*do_something)(...) = _do_something;

虽然如果你有很多这样的函数，这种方法可能会很繁琐，但是这种做法不需要任何特殊的编译器或链接器功能。(尽管如果您需要在读写指针不是原子操作的平台上使函数线程安全，则需要以某种方式使它们原子化。但这在x86平台上不是问题。) 如果您确实有许多这些函数，宏或C++模板可以帮助减少输入。

- Ross Ridge

Answer 3

为什么不尝试使用gcc选项-mprefergot？ 在生成位置无关代码时，使用全局偏移表而不是过程链接表来发出函数调用。 这样你只需要一个GOT跳转。

- nausca

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仅使用GOT而不是PLT + GOT无法解决我的问题，只是将其移动：如何通过编程方式获取GOT地址？ - Sebastian Schrader

还有一个选项 -fno-plt。我不知道它是不是同一件事，或者是同一件事的更现代化的名称，但它会内联 call *foo@GOTPCREL(%rip) 而不是 call foo@plt。 - Peter Cordes