动态链接器（十）：重定位

ELF文件中有许多种类型的重定位条目，这些重定位条目指导动态链接器在加载或运行时解析符号地址，确保程序能够正确地引用动态库中的函数和变量。

本文主要介绍那些与动态链接有关的重定位条目（主要介绍Rela相关的，Rel相关的不作介绍，且主要针对64位CPU架构）

1 重定位条目的结构

ELF文件中重定位条目的结构如下：

64位ELF文件：

#[repr(C)]
pub struct Elf64_Rela {pub r_offset: u64,pub r_info: u64,pub r_addend: i64,
}

32位ELF文件：

#[repr(C)]
pub struct Elf32_Rela {pub r_offset: u32,pub r_info: u32,pub r_addend: i32,
}

1.1 r_offset

表示需要被修正的目标地址相对于所在动态库的基地址（后文中会使用base来表示基地址）的偏移量，通常指向GOT中的某个条目。

若动态链接器发现一个 R_X86_64_JUMP_SLOT 类型的重定位条目，r_offset 会指向 GOT 中某个需要填充函数地址的位置。

PS：动态库的基地址是指动态库被实际加载的内存起始地址。

1.2 r_info

这里面包含着两个信息：

1. 重定位类型（低 32 位）：表示当前重定位的类型。例如： R_X86_64_JUMP_SLOT：动态函数跳转（PLT 条目）。

2. 符号索引（高 32 位）：表示该重定位关联的符号在符号表（.dynsym）中的索引。若符号索引为 0（比如 R_*_RELATIVE类型的重定位条目中符号索引就是0），表示无需符号解析，直接使用基地址和 r_addend 计算。

1.3 r_addend

提供附加的偏移量，用于某些重定位类型的地址计算。动态链接器在计算最终地址时，会将符号值（符号地址）与 r_addend 相加，对于某些重定位类型（如 R_*_RELATIVE），r_addend 直接参与基地址偏移计算。

2 重定位的种类

本节中base表示动态库的基地址，addr表示符号的地址。你可以使用readelf -r来查看动态库中的重定位类型。

PS：本节中的重定位类型并不完整，还有一些与线程局部存储（tls）相关的重定位类型，我打算之后专门写一篇介绍ELF线程局部存储的文章，然后在那篇文章中介绍它们。

2.1 R_*_GLOB_DAT

用途：用于全局变量或函数的重定位。当可执行文件或共享库引用其他共享库中的全局变量时，动态链接器通过此条目将GOT（Global Offset Table）中的对应项更新为变量的实际地址。

处理方式：动态链接器直接将符号地址（addr）写入r_offset+base处，后续访问通过GOT间接寻址。

*(r_offset + base) = addr

示例：

• x86_64: R_X86_64_GLOB_DAT

• aarch64: R_AARCH64_GLOB_DAT

PS：不过不是所有指令集都有这个类型的重定位条目，比如riscv64和loongarch64就没有这个。

2.2 R_*_JUMP_SLOT

用途：用于函数调用的延迟绑定（Lazy Binding）。当程序调用共享库中的函数时，首次调用会触发动态链接器解析函数地址并更新GOT中的跳转槽。

处理：与该条目相关的详细内容可以看：

动态链接器（七）：深入理解PLT和GOT_plt got-CSDN博客https://blog.csdn.net/justdoyaya/article/details/145717000?spm=1001.2014.3001.5501

延迟绑定时：*(r_offset + base) = *(r_offset + base) + base

非延迟绑定时：*(r_offset + base) = addr

示例：

• x86_64: R_X86_64_JUMP_SLOT

• riscv64: R_RISCV_JUMP_SLOT

2.3 R_*_RELATIVE

用途：处理地址无关代码（PIC）中的绝对地址重定位。共享库中可能包含需要基于加载地址（基地址）调整的绝对地址。

处理：动态链接器将重定位地址计算为 基地址 + 偏移量，无需符号查找。

*(r_offset + base) = base + r_addend

示例：

• riscv64: R_RISCV_RELATIVE

• x86_64: R_X86_64_RELATIVE

2.4 R_*_COPY

用途：处理可执行文件与共享库中重复定义的全局符号。当可执行文件定义了一个全局符号（如变量），而共享库也引用了同名符号时，动态链接器将共享库的引用指向可执行文件中的副本。

处理：动态链接器将符号从可执行文件拷贝到共享库的指定地址。

memcpy(base + r_offset, addr, addr_size)

PS：addr_size指的是符号的大小（比如符号是函数的话就是整个函数的大小）。这种类型的重定位很少见到，我到现在也就见到过几次。

2.5 R_*_IRELATIVE

用途：处理IFUNC（间接函数）的重定位。IFUNC允许在运行时选择最优的函数实现（如根据CPU特性选择memcpy版本）。

处理：动态链接器调用预定义的解析函数，获取实际函数地址并填充到GOT。

*(r_offset + base) = (base + addr)()

示例：

• x86_64: R_X86_64_IRELATIVE

• riscv64: R_RISCV_IRELATIVE

PS：这里的 (base + addr)()指的是将base+addr所指的地址当作一个不传任何参数的函数指针来使用。使用glibc的程序有时会有这种类型的重定位，使用musl的程序不会出现这种类型的重定位。

2.6 R_*_64

这种类型的重定位与R_*_GLOB_DAT功能类似，不过在处理时有所差别，它会在符号地址的基础上加上r_addend。

*(r_offset + base) = addr + r_addend

示例：

• x86_64: R_X86_64_64

• riscv64: R_RISCV_64

3 具体实现

本文所讲的这些重定位类型的处理方式在elf_loader中均有实现：

elf_loader：一个使用Rust编写的ELF加载器-CSDN博客https://blog.csdn.net/justdoyaya/article/details/145766162?spm=1001.2014.3001.5501具体实现可以看下面这个链接中的代码：

rust_elfloader/src/relocation.rs at main · weizhiao/rust_elfloaderhttps://github.com/weizhiao/rust_elfloader/blob/main/src/relocation.rs想了解不同指令集中的重定位类型可以看这里：

rust_elfloader/src/arch at main · weizhiao/rust_elfloaderhttps://github.com/weizhiao/rust_elfloader/tree/main/src/arch