摘要：不同的進程，調用同樣的，各自里面指向最終加載的動態鏈接庫里面的虛擬內存地址是不同的。實際上，在進行程序開發，一直會用到各種各樣的動態鏈接庫。通過動態鏈接這個方式，可以說徹底解決了這個問題。參考深入淺出計算機組成原理
把對應的不同文件內的代碼段，合并到一起，成為最后的可執行文件
鏈接的方式，讓我們在寫代碼的時候做到了“復用”。
同樣的功能代碼只要寫一次，然后提供給很多不同的程序進行鏈接就行了。
“鏈接”其實有點兒像我們日常生活中的標準化、模塊化生產。
有一個可以生產標準螺帽的生產線，就可生產很多不同的螺帽。
只要需要螺帽，都可以通過鏈接的方式，去復制一個出來，放到需要的地方
但是，如果我們有很多個程序都要通過裝載器裝載到內存里面，那里面鏈接好的同樣的功能代碼，也都需要再裝載一遍，再占一遍內存空間。
這就好比，假設每個人都有騎自行車的需要，那我們給每個人都生產一輛自行車帶在身邊，固然大家都有自行車用了，但是馬路上肯定會特別擁擠。
1 鏈接可以分動、靜，共享運行省內存
我們上一節解決程序裝載到內存的時候，講了很多方法。說起來，最根本的問題其實就是內存空間不夠用。
如果能夠讓同樣功能的代碼，在不同的程序里面，不需要各占一份內存空間，那該有多好?。?/p>
就好比，現在馬路上的共享單車，我們并不需要給每個人都造一輛自行車，只要馬路上有這些單車，誰需要的時候，直接通過手機掃碼，都可以解鎖騎行。
這個思路就引入一種新的鏈接方法，叫作動態鏈接（Dynamic Link）
相應的，我們之前說的合并代碼段的方法，就是靜態鏈接（Static Link）
在動態鏈接的過程中，我們想要“鏈接”的，不是存儲在硬盤上的目標文件代碼，而是加載到內存中的共享庫（Shared Libraries）
這個加載到內存中的共享庫會被很多個程序的指令調用到。
在Windows下，這些共享庫文件就是.dll文件，也就是Dynamic-Link Libary（DLL，動態鏈接庫）
用了“動態鏈接”的意思
在Linux下，這些共享庫文件就是.so文件，也就是Shared Object（一般我們也稱之為動態鏈接庫）。
用了“共享”的意思
正好覆蓋了兩方面的含義。
2 地址無關很重要，相對地址解煩惱
要在程序運行的時候共享代碼，這些機器碼必須“地址無關”
也就是說，我們編譯出來的共享庫文件的指令代碼，是地址無關碼（Position-Independent Code）
換句話說就是，這段代碼，無論加載在哪個內存地址，都能夠正常執行
如果還不明白，我給你舉一個生活中的例子
如果我們有一個騎自行車的程序，要“前進500米，左轉進入天安門廣場，再前進500米”。
它在500米之后要到天安門廣場了，這就是地址相關的。
如果程序是“前進500米，左轉，再前進500米”，無論你在哪里都可以騎車走這1000米，沒有具體地點的限制，這就是地址無關的。
大部分函數庫其實都可以做到地址無關，因為它們都接受特定的輸入，進行確定的操作，然后給出返回結果就好了。
無論是實現一個向量加法，還是實現一個打印的函數，這些代碼邏輯和輸入的數據在內存里面的位置并不重要。
而常見的地址相關的代碼，比如絕對地址代碼（Absolute Code）、利用重定位表的代碼等等，都是地址相關的代碼
回想一下我們之前講過的重定位表。在程序鏈接的時候，我們就把函數調用后要跳轉訪問的地址確定下來了，這意味著，如果這個函數加載到一個不同的內存地址，跳轉就會失敗。
對于所有動態鏈接共享庫的程序來講，雖然我們的共享庫用的都是同一段物理內存地址，但是在不同的應用程序里，它所在的虛擬內存地址是不同的。
沒辦法、也不應該要求動態鏈接同一個共享庫的不同程序，必須把這個共享庫所使用的虛擬內存地址變成一致。
如果這樣的話，我們寫的程序就必須明確地知道內部的內存地址分配。
那么問題來了，我們要怎么樣才能做到，動態共享庫編譯出來的代碼指令，都是地址無關碼呢？
動態代碼庫內部的變量和函數調用都很容易解決，我們只需要使用相對地址（Relative Address）
各種指令中使用到的內存地址，給出的不是一個絕對的地址空間，而是一個相對于當前指令偏移量的內存地址
因為 整個共享庫是放在一段連續的虛擬內存地址中的，無論裝載到哪一段地址，不同指令之間的相對地址都是不變的。
3 動態鏈接的解決方案
PLT和GOT
要實現動態鏈接共享庫，也并不困難，和前面的靜態鏈接里的符號表和重定向表類似
拿出一小段代碼來看一看。
lib.h
定義了動態鏈接庫的一個函數 show_me_the_money
lib.c
包含了lib.h的實際實現
show_me_poor.c
調用了 lib 里面的函數
把 lib.c 編譯成了一個動態鏈接庫，也就是 .so 文件
最終生成文件集
在編譯的過程中，指定了一個 -fPIC 的參數
其實就是Position Independent Code意，也就是要把這個編譯成一個地址無關代碼
然后，我們再通過gcc編譯 show_me_poor 動態鏈接了 lib.so 的可執行文件
在這些操作都完成了之后，我們把 show_me_poor 這個文件通過objdump出來看一下。
0000000000400540 :
400540: ff 35 12 05 20 00 push QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a58 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x8>
400546: ff 25 14 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200514] # 600a60 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x10>
40054c: 0f 1f 40 00 nop DWORD PTR [rax+0x0]
0000000000400550 :
400550: ff 25 12 05 20 00 jmp QWORD PTR [rip+0x200512] # 600a68 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x18>
400556: 68 00 00 00 00 push 0x0
40055b: e9 e0 ff ff ff jmp 400540 <_init+0x28>
……
0000000000400676 :
400676: 55 push rbp
400677: 48 89 e5 mov rbp,rsp
40067a: 48 83 ec 10 sub rsp,0x10
40067e: c7 45 fc 05 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x4],0x5
400685: 8b 45 fc mov eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
400688: 89 c7 mov edi,eax
40068a: e8 c1 fe ff ff call 400550
40068f: c9 leave
400690: c3 ret
400691: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nop WORD PTR cs:[rax+rax*1+0x0]
400698: 00 00 00
40069b: 0f 1f 44 00 00 nop DWORD PTR [rax+rax*1+0x0]
我們還是只關心整個可執行文件中的一小部分內容
在main函數調用show_me_the_money的函數的時候，對應的代碼是這樣的：
這里后面有一個@plt的關鍵字，代表了我們需要從PLT，也就是程序鏈接表（Procedure Link Table）里面找要調用的函數。對應的地址呢，則是400580這個地址。
那當我們把目光挪到上面的 400580 這個地址，你又會看到里面進行了一次跳轉，
這個跳轉指定的跳轉地址，你可以在后面的注釋里面可以看到:
這里的 _GLOBAL_OFFSET_TABLE_，就是我接下來要說的全局偏移表。
在動態鏈接對應的共享庫，我們在共享庫的data section里面，保存了一張全局偏移表（GOT，Global Offset Table）
雖然共享庫的代碼部分的物理內存是共享的，但是數據部分是各個動態鏈接它的應用程序里面各加載一份的。
所有需要引用當前共享庫外部的地址的指令，都會查詢GOT，來找到當前運行程序的虛擬內存里的對應位置
而GOT表里的數據，則是在我們加載一個個共享庫的時候寫進去的。
不同的進程，調用同樣的 _lib.so_，各自GOT里面指向最終加載的動態鏈接庫里面的虛擬內存地址是不同的。
這樣，雖然不同的程序調用的同樣的動態庫，各自的內存地址是獨立的，調用的又都是同一個動態庫，但是不需要去修改動態庫里面的代碼所使用的地址，
而是各個程序各自維護好自己的GOT，能夠找到對應的動態庫就好了
GOT表位于共享庫自己的數據段里
GOT表在內存里和對應的代碼段位置之間的偏移量，始終是確定的
這樣，共享庫就是地址無關的代碼，對應的各個程序只需在物理內存里加載同一份代碼
而我們又要通過各個可執行程序在加載時，生成的各不相同的GOT表，找到它需要調用到的外部變量和函數的地址
這是一個典型的、不修改代碼，而是通過修改“地址數據”來進行關聯的辦法
它有點像我們在C語言里面用函數指針來調用對應的函數，并不是通過預先已經確定好的函數名稱來調用，而是利用當時它在內存里面的動態地址來調用。
4 總結
終于在靜態鏈接和程序裝載后，利用動態鏈接把我們的內存利用到了極致
同樣功能的代碼生成的共享庫，我們只要在內存里面保留一份就好了
這樣
不僅能夠做到代碼在開發階段的復用
也能做到代碼在運行階段的復用。
實際上，在進行Linux程序開發，一直會用到各種各樣的動態鏈接庫。
C語言的標準庫就在1MB以上。
撰寫任何一個程序可能都需要用到這個庫，常見的Linux服務器里，/usr/bin下面就有上千個可執行文件。
如果每一個都把標準庫靜態鏈接進來的，幾GB乃至幾十GB的磁盤空間一下子就用出去了。如果我們服務端的多進程應用要開上千個進程，幾GB的內存空間也會一下子就用出去了。這個問題在過去計算機的內存較少的時候更加顯著。
通過動態鏈接這個方式，可以說_徹底解決了這個問題_。
就像共享單車一樣，如果仔細經營，是一個很有社會價值的事情，但是如果粗暴地把它變成無限制地復制生產，給每個人造一輛，只會在系統內制造大量無用的垃圾。
已經把程序怎么從源代碼變成指令、數據，并裝載到內存里面，由CPU一條條執行下去的過程講完了。希望你能有所收獲，對于一個程序是怎么跑起來的，有了一個初步的認識。
5 推薦閱讀
想要更加深入地了解動態鏈接，推薦你可以讀一讀《程序員的自我修養：鏈接、裝載和庫》的第7章
里面深入地講解了，動態鏈接里程序內的數據布局和對應數據的加載關系。
參考
深入淺出計算機組成原理
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