制作动态链接库

前言：在执行./pikafish/pikafish-avx2的时候发现glib库版本不对，如下：

1
2
3
4
dku@dku:~/桌面/workspaces$ ./pikafish/pikafish-avx2 
./pikafish/pikafish-avx2: /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6: version `GLIBC_2.34' not found (required by ./pikafish/pikafish-avx2)
./pikafish/pikafish-avx2: /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6: version `GLIBCXX_3.4.29' not found (required by ./pikafish/pikafish-avx2)
./pikafish/pikafish-avx2: /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6: version `GLIBCXX_3.4.30' not found (required by ./pikafish/pikafish-avx2)

于是想查看一下我的系统中的glibc版本，已知有如下几种方式来查看：

  • ldd –version
  • /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

通过ldd --version查看没有什么好说的，ldd本身是一个sh脚本，我在其他的笔记中详细分析过这个脚本代码。但是仔细看/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6，他是一个so文件啊，知识有限一直以为so文件不能执行，于是我执行了一下发现，竟然输出了如下内容：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
dku@dku:~/桌面/workspaces$ /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
GNU C Library (Ubuntu GLIBC 2.31-0ubuntu9.18) stable release version 2.31.
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.
There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A
PARTICULAR PURPOSE.
Compiled by GNU CC version 9.4.0.
libc ABIs: UNIQUE IFUNC ABSOLUTE
For bug reporting instructions, please see:
<https://bugs.launchpad.net/ubuntu/+source/glibc/+bugs>.

查了下一般情况下动态链接库（.so）确实是不能直接执行的，但是libc.so.6 能够执行是因为专门指定的“入口地址”。可以通过readelf命令来查看其入口点地址，可以看到是入口点地址： 0x241c0。因此虽然它是 .so，但在内核眼中，它既满足共享库的格式（ELF Shared Object），又包含了执行代码。这在 Linux 中被称为 PIE (Position Independent Executable) 技术的变体。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
readelf -h /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
dku@dku:~/桌面$ readelf -h /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
ELF 头：
  Magic：   7f 45 4c 46 02 01 01 03 00 00 00 00 00 00 00 00 
  类别:                              ELF64
  数据:                              2 补码，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - GNU
  ABI 版本:                          0
  类型:                              DYN (共享目标文件)
  系统架构:                          Advanced Micro Devices X86-64
  版本:                              0x1
  入口点地址：               0x241c0
  程序头起点：          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          2025240 (bytes into file)
  标志：             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         14
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         68
  Section header string table index: 67

为了弄明白其中道理，刚好来了解一下动态链接库的制作过程，这也是非常非常基础但是一直没有学习的内容了。

制作一个可以运行的动态链接库文件(.so)

先来制作一个普通的so文件

创建一个简单的 C 语言文件 mylib.c

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
// mylib.c
#include <stdio.h>

void hello_from_so() {
    printf("你好！这是一个来自动态链接库的函数。\n");
}

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

编译并生成 .so 文件

1
gcc -fPIC -shared -o libmylib.so mylib.c

其中：

  • -fPIC: 告诉编译器生成位置无关代码，这是动态库必需的。
  • -shared: 告诉链接器生成一个共享库文件，而不是可执行文件。

在程序中调用这个库

1
2
3
4
5
6
void hello_from_so(); // 声明外部函数

int main() {
    hello_from_so();
    return 0;
}

编译

1
2
# -L. 表示在当前目录找库，-lmylib 表示链接 libmylib.so
gcc main.c -L. -lmylib -o test_app

运行

由于 Linux 默认只在 /lib 或 /usr/lib 等标准路径找库，保险起见LD_LIBRARY_PATH 指定当前目录，但是在我的系统中没有指定也没有任何问题，结果如下。

1
LD_LIBRARY_PATH=. ./test
1
2
dku@dku:~/桌面$ ./test 
你好！这是一个来自动态链接库的函数。

制作一个可运行的so文件

本类以为制作一个可以运行的so文件只需要指定入口点就可以了，但是实际制作的时候发现总是不能运行，遇到各种各样的问题，我让ai帮我生成的C代码没有一个可以用的，最后还是纯汇编代码才成功运行。过程如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void hello_from_so() {
    printf("你好！这是一个来自动态链接库的函数。\n");
}

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 这是执行时调用的“入口”
void my_entry() {
    char msg[] = "这是一个可以直接运行的自定义库！\n";
    write(1, msg, sizeof(msg));
    _exit(0); // 必须退出，否则会崩溃
}

编译

1
2
3
4
gcc -fPIC -shared -o libmylib_entry.so mylib_entry.c \
-Wl,-e,my_entry \
-Wl,--section-start=.interp=0x1000 \
-Wl,--dynamic-linker=/lib64/ld-linux-x86-64.so.2

理论上上述代码是没有问题的，并且通过以下命令也成功生成了libmylib_entry.so，但是一运行就出现段错误。这里将上述代码贴出来的主要目的是为了说明这样理论上是可以的，至于为什么不行可能与当前系统的各种环境比如栈对齐或C语言环境有关吧。

于是使用内联汇编重新生成了一份代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
// 用汇编编写入口，确保不依赖 C 库的启动流程
#include <unistd.h>

void my_entry() {
    const char msg[] = "成功直接运行自定义 .so 文件！\n";

    __asm__ __volatile__ (
        "mov $1, %%rax;"   // syscall: write
        "mov $1, %%rdi;"   // fd: stdout
        "mov %0, %%rsi;"   // buf: msg
        "mov %1, %%rdx;"   // count: len
        "syscall;"
        "mov $60, %%rax;"  // syscall: exit
        "xor %%rdi, %%rdi;"// status: 0
        "syscall;"
        :
        : "r"(msg), "r"((long)sizeof(msg))
        : "rax", "rdi", "rsi", "rdx"
    );
}

重新编译（去掉 不稳定的 section-start）

1
2
3
gcc -fPIC -shared -o libmylib_entry.so mylib_entry.c \
-Wl,-e,my_entry \
-Wl,--dynamic-linker=/lib64/ld-linux-x86-64.so.2

结果运行又出现段错误，询问ai解释：直接运行 .so 经常崩溃是因为栈指针 (RSP) 未对齐或环境变量/辅助向量 (Auxiliary Vector) 未正确初始化，导致即使是简单的内联汇编也会在进入函数前因 push/mov 操作触发段错误

于是干脆生成一个纯汇编代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
#include <sys/syscall.h>

.section .text
.global my_entry

my_entry:
    # 1. 直接发起 write 系统调用
    mov $SYS_write, %rax    # 系统调用号 (1)
    mov $1, %rdi            # 文件描述符 (stdout)
    lea msg(%rip), %rsi     # 字符串地址
    mov $len, %rdx          # 字符串长度
    syscall

    # 2. 直接发起 exit 系统调用
    mov $SYS_exit, %rax     # 系统调用号 (60)
    xor %rdi, %rdi          # 退出码 0
    syscall

.section .rodata
msg:
    .ascii "恭喜！自定义 .so 库直接运行成功！\n"
len = . - msg

# 关键：指定解释器路径到 .interp 段
.section .interp,"a"
    .asciz "/lib64/ld-linux-x86-64.so.2"

直接编译汇编文件，并告诉链接器入口位置

1
gcc -fPIC -shared -o libmylib_entry.so mylib_entry.S -Wl,-e,my_entry
1
2
dku@dku:~/桌面$ ./libmylib_entry.so
恭喜！自定义 .so 库直接运行成功！

终于成功了！

查看两个so文件的区别

查看有入口的so：libmylib_entry.so

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
dku@dku:~/桌面$ readelf -l libmylib_entry.so

Elf 文件类型为 DYN (共享目标文件)
Entry point 0x10f9
There are 10 program headers, starting at offset 64

程序头：
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  PHDR           0x0000000000000040 0x0000000000000040 0x0000000000000040
                 0x0000000000000230 0x0000000000000230  R      0x8
  INTERP         0x0000000000002030 0x0000000000002030 0x0000000000002030
                 0x000000000000001c 0x000000000000001c  R      0x1
      [Requesting program interpreter: /lib64/ld-linux-x86-64.so.2]
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000458 0x0000000000000458  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000001000 0x0000000000001000 0x0000000000001000
                 0x0000000000000131 0x0000000000000131  R E    0x1000
  LOAD           0x0000000000002000 0x0000000000002000 0x0000000000002000
                 0x0000000000000054 0x0000000000000054  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000002e80 0x0000000000003e80 0x0000000000003e80
                 0x00000000000001a0 0x00000000000001a8  RW     0x1000
  DYNAMIC        0x0000000000002e90 0x0000000000003e90 0x0000000000003e90
                 0x0000000000000150 0x0000000000000150  RW     0x8
  NOTE           0x0000000000000270 0x0000000000000270 0x0000000000000270
                 0x0000000000000024 0x0000000000000024  R      0x4
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RWE    0x10
  GNU_RELRO      0x0000000000002e80 0x0000000000003e80 0x0000000000003e80
                 0x0000000000000180 0x0000000000000180  R      0x1

 Section to Segment mapping:
  段节...
   00     
   01     .interp 
   02     .note.gnu.build-id .gnu.hash .dynsym .dynstr .rela.dyn 
   03     .init .plt .plt.got .text .fini 
   04     .rodata .interp .eh_frame 
   05     .init_array .fini_array .dynamic .got .got.plt .data .bss 
   06     .dynamic 
   07     .note.gnu.build-id 
   08     
   09     .init_array .fini_array .dynamic .got

查看普通so：libmylib_entry.so

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
dku@dku:~/桌面t$ readelf -l libmylib.so

Elf 文件类型为 DYN (共享目标文件)
Entry point 0x1060
There are 11 program headers, starting at offset 64

程序头：
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000550 0x0000000000000550  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000001000 0x0000000000001000 0x0000000000001000
                 0x0000000000000155 0x0000000000000155  R E    0x1000
  LOAD           0x0000000000002000 0x0000000000002000 0x0000000000002000
                 0x0000000000000124 0x0000000000000124  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000002e10 0x0000000000003e10 0x0000000000003e10
                 0x0000000000000218 0x0000000000000220  RW     0x1000
  DYNAMIC        0x0000000000002e20 0x0000000000003e20 0x0000000000003e20
                 0x00000000000001c0 0x00000000000001c0  RW     0x8
  NOTE           0x00000000000002a8 0x00000000000002a8 0x00000000000002a8
                 0x0000000000000020 0x0000000000000020  R      0x8
  NOTE           0x00000000000002c8 0x00000000000002c8 0x00000000000002c8
                 0x0000000000000024 0x0000000000000024  R      0x4
  GNU_PROPERTY   0x00000000000002a8 0x00000000000002a8 0x00000000000002a8
                 0x0000000000000020 0x0000000000000020  R      0x8
  GNU_EH_FRAME   0x0000000000002038 0x0000000000002038 0x0000000000002038
                 0x0000000000000034 0x0000000000000034  R      0x4
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     0x10
  GNU_RELRO      0x0000000000002e10 0x0000000000003e10 0x0000000000003e10
                 0x00000000000001f0 0x00000000000001f0  R      0x1

 Section to Segment mapping:
  段节...
   00     .note.gnu.property .note.gnu.build-id .gnu.hash .dynsym .dynstr .gnu.version .gnu.version_r .rela.dyn .rela.plt 
   01     .init .plt .plt.got .plt.sec .text .fini 
   02     .rodata .eh_frame_hdr .eh_frame 
   03     .init_array .fini_array .dynamic .got .got.plt .data .bss 
   04     .dynamic 
   05     .note.gnu.property 
   06     .note.gnu.build-id 
   07     .note.gnu.property 
   08     .eh_frame_hdr 
   09     
   10     .init_array .fini_array .dynamic .got
  • 关键差异：INTERP 段

在 libmylib_entry.so 中：
INTERP 0x... [Requesting program interpreter: /lib64/ld-linux-x86-64.so.2]
而在普通的 libmylib.so 中，这个段是完全不存在的。
作用：当你尝试 ./ 运行一个文件时，Linux 内核会读取这个 INTERP 段。它告诉内核：“我不是一个独立的个体，请先加载这个 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 解释器来帮我跑起来。”
结论：没有这个段，内核不知道该如何处理动态库的符号寻址，所以会直接崩溃。

  • 入口点 (Entry point)

libmylib_entry.so 的入口是 0x10f9，这指向了汇编代码 my_entry。
libmylib.so 虽然也有入口 0x1060，但那是 GCC 自动生成的默认初始化代码（通常是 _init）。因为没有 INTERP 指定解释器，内核在跳转到这个地址时，运行环境（寄存器、栈）都是错误的，导致一启动就触发 段错误。

  • 内存权限 (Flags)

观察 GNU_STACK：可执行库显示的是 RWE (Read, Write, Execute)。
普通库显示的是 RW，说明汇编版本获得了更宽松的执行权限。

完

许可协议

本文采用 署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际 许可协议，转载请注明出处。