Android漫游记(3)---重定位之GOT & PLT & R_ARM_JUMP_SLOT

2022-04-29 14:02:03

Android系统的动态链接工具是/system/bin/linker(一般的Linux系统是ld.so)，虽然名字不同，但是基本的动态链接过程是类似的。需要注意的一点是，Linux一般是Lazy，即所谓的“懒”加载方式，但是Android系统有点区别，是非Lazy方式，即所有的重定位操作，在进程首次执行以前已经全部完成。这大概也是Android应用首次启动比较慢的原因之一吧！

关于Android系统的PLT和GOT可以写上一篇高考作为，在这里就不提概念性的东西了，网上有一篇博文：http://www.codeproject.com/Articles/70302/Redirecting-functions-in-shared-ELF-libraries ，这篇文章里是基于I386架构的，和Arm有所不同，但原理是一样的。如果有同学对下面的内容感兴趣，可以先去看看，把基本的东西先搞清楚，这样可能会顺利些，当然，最好了解些arm汇编~~~

还是*惯，我会直接写个小Demo也演示Android系统的Linker是如何处理重定位的，当然，ELF重定位的类型非常多，我们这里重点关注：R_ARM_JUMP_SLOT(386架构上叫R_386_JUMP_SLOT，很像，不是么)。该类型重定位一般是针对外部函数引用的，即你要引用一个外部定义的函数符号，linker在加载你的应用的时候，就需要应用此种类型的重定位，来完成符号到真实函数的链接！

举例：比如你的应用需要打印一段文本到中断，你可能会调用libc.so这个C库的puts函数。这就是外部引用，那么在你的应用里就必定针对puts调用，存在一个R_ARM_JUMP_SLOT重定位信息。

先上一段非常小的程序：

/*
 *  PLT&GOT Resolver
 *  Created on: 2014-6
 *  Author: Chris.Z
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/**
 * define the local method
 *
 */
 void local_method_call()
 {
     printf("[+]I'm local method.\n");
 }


int main()
{
    //printf("[+]PLT&GOT Resolver...\n");
    //local_method_call();
    //call puts to check r_arm_jump_slot
    puts("[+]call the method of puts from libc.\n");
    getchar();
    return 0;
}

这个程序没干其他事，就是调用了puts输出一段文本，这里的puts定义在libc.so库中。麻雀虽小，五脏俱全，我们验证下linker是怎么实现对于puts的“动态链接”的。

首先用readelf看下程序生成的二进制文件的elf内容（截取部分）：

注意上图中的箭头所指，正是我们所说的R_ARM_JUMP_SLOT重定位，位于.rel.plt区。注意这行信息中的第一列Offset，值是0x9ff8，先记录下来，后面会用到。

我们实际动态运行下上面的小程序，同时用GDB附加到进程进行远程动态调试（GDB实在是Android系统级调试的一大神器！）。

由于我们要查看指令执行的细节，因此需要进行汇编级调试，进入gdb后，输入remote target :port后，进入GDB提示符，我们输入disas main来查看main函数的反汇编代码：

> disas main
Dump of assembler code for function main:
   0x00008378 <+0>:	push	{r3, r4, r11, lr}
   0x0000837c <+4>:	add	r11, sp, #12
=> 0x00008380 <+8>:	ldr	r4, [pc, #124]	; 0x8404 <main+140>，当前PC寄存器所指位置
   0x00008384 <+12>:	add	r4, pc, r4
   0x00008388 <+16>:	ldr	r3, [pc, #120]	; 0x8408 <main+144>
   0x0000838c <+20>:	add	r3, pc, r3
   0x00008390 <+24>:	mov	r0, r3
   0x00008394 <+28>:	bl	0x82b0 ;跳转到puts调用！！！<==============
   0x00008398 <+32>:	ldr	r3, [pc, #108]	; 0x840c <main+148>
   0x0000839c <+36>:	ldr	r3, [r4, r3]
   0x000083a0 <+40>:	ldr	r3, [r3, #4]
   0x000083a4 <+44>:	sub	r2, r3, #1
   0x000083a8 <+48>:	ldr	r3, [pc, #92]	; 0x840c <main+148>
   0x000083ac <+52>:	ldr	r3, [r4, r3]
   0x000083b0 <+56>:	str	r2, [r3, #4]
   0x000083b4 <+60>:	ldr	r3, [pc, #80]	; 0x840c <main+148>
   0x000083b8 <+64>:	ldr	r3, [r4, r3]
   0x000083bc <+68>:	ldr	r3, [r3, #4]
   0x000083c0 <+72>:	cmp	r3, #0
   0x000083c4 <+76>:	bge	0x83dc <main+100>
   0x000083c8 <+80>:	ldr	r3, [pc, #60]	; 0x840c <main+148>
   0x000083cc <+84>:	ldr	r3, [r4, r3]
   0x000083d0 <+88>:	mov	r0, r3
   0x000083d4 <+92>:	bl	0x82bc
   0x000083d8 <+96>:	b	0x83f8 <main+128>
   0x000083dc <+100>:	ldr	r3, [pc, #40]	; 0x840c <main+148>
   0x000083e0 <+104>:	ldr	r3, [r4, r3]
   0x000083e4 <+108>:	ldr	r3, [r3]
   0x000083e8 <+112>:	add	r2, r3, #1
   0x000083ec <+116>:	ldr	r3, [pc, #24]	; 0x840c <main+148>
   0x000083f0 <+120>:	ldr	r3, [r4, r3]
   0x000083f4 <+124>:	str	r2, [r3]
   0x000083f8 <+128>:	mov	r3, #0
   0x000083fc <+132>:	mov	r0, r3
   0x00008400 <+136>:	pop	{r3, r4, r11, pc}
   0x00008404 <+140>:	andeq	r1, r0, r8, asr r12
   0x00008408 <+144>:	andeq	r0, r0, r12, lsr #1
   0x0000840c <+148>:			; <UNDEFINED> instruction: 0xfffffffc
End of assembler dump.

注意我上面的红色部分注释，那个BL指令就是跳转到puts（当然下面会看到，实际上是先跳转到了plt区）。我们执行b *0x8394，在BL指令处下断点，然后c命令继续执行。

然后我们执行x/i $pc查看当前指令是不是执行到我们的断点：

> display/i $pc
> x/i $pc
=> 0x8394 <main+28>:	bl	0x82b0

OK，确实在0x8394断下，到这里，我们停止继续执行，来检查下几个重要信息。

首先我们看下0x00008394 <+28>: bl0x82b0这行汇编，它的意思是带链接跳转到0x82b0执行，那么0x82b0究竟有什么指令呢？

执行disas 0x82b0,0x82c0，输出如下：

> disas 0x82b0,0x82c0
Dump of assembler code from 0x82b0 to 0x82c0:
   0x000082b0:	add	r12, pc, #0
   0x000082b4:	add	r12, r12, #4096	; 0x1000
   0x000082b8:	ldr	pc, [r12, #3392]!	; 0xd40 跳转到libc.so puts入口 <span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;"><==============</span>
   0x000082bc:	add	r12, pc, #0
End of assembler dump.

前面的两条指令我们忽略过去（主要是计算.got偏移），我们直接执行到0x82b8，即上标的红色指令。

简单解释指令含义：讲r12+0xd40所指向的内存字加载到PC寄存器，实际上就是跳转到那个地址。

我们看看r12+0xd40此时的值是什么，执行p/x $r12+0xd40：

1: x/i $pc
=> 0x82b8:	ldr	pc, [r12, #3392]!	; 0xd40
> p/x $r12+0xd40
$1 = 0x9ff8

看到了吗，这个0x9ff8正是我们上面记录的那个地址！

我们在执行info symbol 0x9ff8命令：

> info symbol 0x9ff8
_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ + 20 in section .got

到这里，我们做个简单小结：

elf文件的.rel.plt区里，针对R_ARM_JUMP_SLOT类型的重定位，其offset的内容就是.got区该符号的地址，即位于GOT表基址偏移20个字节（本例中的GOT表基址为0x9fe4）。
这里要说明的是，可执行和.so动态链接库的计算方式有所差别，.so需要加上加载时的模块基址。

下面，我们在看看.got的0x9ff8里是什么内容：

执行p/x *0x9ff8：

> p/x *0x9ff8
$2 = 0x4011a7dc         puts真实的入口地址<====================

我们在对照下进程的maps：

正是libc.so所在的地址，实际上就是puts的函数入口地址！好了，今天就写到这里，Enjoy IT！

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