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linux - Linux ldd的“静态链接”和“非动态可执行文件”有什么区别？

问题描述

考虑这个 AMD64 汇编程序：

.globl _start
_start:
    xorl %edi, %edi
    movl $60, %eax
    syscall

如果我用它编译gcc -nostdlib并运行ldd a.out，我会得到这个：

        statically linked

如果我改为编译gcc -static -nostdlib并运行ldd a.out，我会得到：

        not a dynamic executable

statically linked和有什么区别not a dynamic executable？如果我的二进制文件已经静态链接，为什么添加-static会影响任何事情？

标签： linuxgccx86-64static-linkingldd

解决方案

这里有两件事：

  • 是否请求 ELF 解释器 (ld.so)。
    就像#!/bin/sh但对于二进制文件一样，在您的_start. 这是静态与动态可执行文件
    之间的区别。
  • ld.so 要加载的动态链接库列表恰好是空的。
    这显然是ldd所谓的“静态链接”，即您可能在构建时链接的任何库都是静态库。

其他工具喜欢file并readelf提供更多信息并使用符合您期望的术语。

您的 GCC 已配置-pie为 default，并且 gcc 不会为没有动态库的特殊情况制作静态饼图。

  • gcc -nostdlib只是制作一个 PIE，它碰巧没有链接到任何库，但在其他方面与普通 PIE 相同，指定了 ELF 解释器。
    ldd令人困惑地称其为“静态链接”。
    file：ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 ...
  • gcc -nostdlib -static覆盖-pie默认值并生成真正的静态可执行文件。
    file：ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), statically linked ...
  • gcc -nostdlib -no-pie还选择制作静态可执行文件作为根本没有动态库的情况的优化。由于非 PIE 可执行文件无论如何都不可能被 ASLRed，所以这是有道理的。字节对字节的-static情况相同。

  • gcc -nostdlib -static-pie制作不需要 ELF 解释器的 ASLRable 可执行文件。gcc -pie -nostdlib默认情况下，GCC 不会为ld.so.
    file：ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), statically linked ...

    -static-pie晦涩难懂，很少使用，并且较旧的file不会将其识别为静态链接。

-nostdlib并不意味着-no-pieor -static，并且-static-pie必须明确指定才能得到它。

gcc -static-pie调用ld -static -pie，所以ld必须知道这意味着什么。与不需要显式请求动态可执行文件的非 PIE 情况不同，如果您传递ld任何.so库，您只会得到一个。我认为这就是为什么您碰巧从中获得静态可执行文件的原因gcc -nostdlib -no-pie- GCC 不需要做任何特别的事情，它只是ld进行优化。

但在指定时ld不会-static隐式启用-pie，即使没有要链接的共享库也是如此。

细节

使用gcc --versiongcc (Arch Linux 9.3.0-1) 9.3.0
ld --versionGNU ld (GNU Binutils) 2.34 (readelf 也是 binutils)
ldd --versionldd (GNU libc) 2.31
file --versionfile-5.38 生成的示例 - 请注意，静态饼图检测在最近的补丁中发生了变化, Ubuntu 挑选了一个未发布的补丁。（感谢@Joseph 的侦探工作） -这在 2019 年检测到动态 = 有一个 PT_INTERP 来处理静态饼图，但它被恢复为基于 PT_DYNAMIC 进行检测，因此共享库算作dynamic. Debian 错误 #948269。 static-pie是一个晦涩的很少使用的功能。

GCC 最终ld -pie exit.o以指定的动态链接器路径运行，并且没有库。（还有很多其他选项来支持可能的 LTO 链接时间优化，但这里的关键是-dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -pie. collect2只是 . 的包装ld。）

$ gcc -nostdlib exit.s -v      # output manually line wrapped with \ for readability
...
COLLECT_GCC_OPTIONS='-nostdlib' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.3.0/collect2  \
-plugin /usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.3.0/liblto_plugin.so \
-plugin-opt=/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.3.0/lto-wrapper \
-plugin-opt=-fresolution=/tmp/ccoNx1IR.res \
--build-id --eh-frame-hdr --hash-style=gnu \
-m elf_x86_64 -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -pie \
-L/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.3.0 \
-L/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.3.0/../../../../lib -L/lib/../lib \
-L/usr/lib/../lib \
-L/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/9.3.0/../../.. \
/tmp/cctm2fSS.o

您将获得一个不依赖于其他库的动态 PIE。运行它仍然会调用它上面的“ELF 解释器” /lib64/ld-linux-x86-64.so.2，它会在跳转到你的_start. （尽管内核已经将可执行文件的 ELF 段映射到 ASLRed 虚拟地址，以及 ld.so 的 text/data/bss）。

file和 readelf 更具描述性。

PIE 非静态可执行文件来自gcc -nostdlib

$ gcc -nostdlib exit.s -o exit-default
$ ls -l exit-default 
-rwxr-xr-x 1 peter peter 13536 May  2 02:15 exit-default 
$ ldd exit-default 
        statically linked
$ file exit-default
exit-default: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=05a4d1bdbc94d6f91cca1c9c26314e1aa227a3a5, not stripped

$ readelf -a exit-default
...
  Type:                              DYN (Shared object file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x1000
...
Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  PHDR           0x0000000000000040 0x0000000000000040 0x0000000000000040
                 0x00000000000001f8 0x00000000000001f8  R      0x8
  INTERP         0x0000000000000238 0x0000000000000238 0x0000000000000238
                 0x000000000000001c 0x000000000000001c  R      0x1
      [Requesting program interpreter: /lib64/ld-linux-x86-64.so.2]
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x00000000000002b1 0x00000000000002b1  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000001000 0x0000000000001000 0x0000000000001000
                 0x0000000000000009 0x0000000000000009  R E    0x1000
  ...   (the Read+Exec segment to be mapped at virt addr 0x1000 is where your text section was linked.)

如果您 strace 它，您还可以看到差异：

$ gcc -nostdlib exit.s -o exit-default
$ strace ./exit-default
execve("./exit-default", ["./exit-default"], 0x7ffe1f526040 /* 51 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0x5617eb1e4000
arch_prctl(0x3001 /* ARCH_??? */, 0x7ffcea703380) = -1 EINVAL (Invalid argument)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f9ff5b3e000
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f9ff5b3ea80) = 0
mprotect(0x5617eabac000, 4096, PROT_READ) = 0
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++

vs.-static并且-static-pie在用户空间中执行的第一条指令是你的_start（你也可以使用 GDB 检查starti）。

$ strace ./exit-static-pie 
execve("./exit-static-pie", ["./exit-static-pie"], 0x7ffcdac96dd0 /* 51 vars */) = 0
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++

gcc -nostdlib -static-pie

$ gcc -nostdlib -static-pie exit.s -o exit-static-pie
$ ls -l exit-static-pie
-rwxr-xr-x 1 peter peter 13440 May  2 02:18 exit-static-pie
peter@volta:/tmp$ ldd exit-static-pie
        statically linked
peter@volta:/tmp$ file exit-static-pie
exit-static-pie: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), statically linked, BuildID[sha1]=daeb4a8f11bec1bb1aaa13cd48d24b5795af638e, not stripped

$ readelf -a exit-static-pie 
...
  Type:                              DYN (Shared object file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x1000
...

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000229 0x0000000000000229  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000001000 0x0000000000001000 0x0000000000001000
                 0x0000000000000009 0x0000000000000009  R E    0x1000
  ... (no Interp header, but still a read+exec text segment)

请注意，地址仍然是相对于映像库的，将 ASLR 留给内核。

令人惊讶的是，ldd并没有说它不是动态可执行文件。 这可能是一个错误，或者是某些实现细节的副作用。

gcc -nostdlib -static传统的非 PIE 老式静态可执行文件

$ gcc -nostdlib -static exit.s -o exit-static
$ ls -l exit-static
-rwxr-xr-x 1 peter peter 4744 May  2 02:26 exit-static
peter@volta:/tmp$ ldd exit-static
        not a dynamic executable
peter@volta:/tmp$ file exit-static
exit-static: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), statically linked, BuildID[sha1]=1b03e3d05709b7288fe3006b4696fd0c11fb1cb2, not stripped
peter@volta:/tmp$ readelf -a exit-static
ELF Header:
...
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x401000
...   (Note the absolute entry-point address nailed down at link time)
      (And that the ELF type is EXEC, not DYN)

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
                 0x000000000000010c 0x000000000000010c  R      0x1000
  LOAD           0x0000000000001000 0x0000000000401000 0x0000000000401000
                 0x0000000000000009 0x0000000000000009  R E    0x1000
  NOTE           0x00000000000000e8 0x00000000004000e8 0x00000000004000e8
                 0x0000000000000024 0x0000000000000024  R      0x4

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .note.gnu.build-id 
   01     .text 
   02     .note.gnu.build-id 
   ...

这些都是程序头；与 pie / static-pie 不同，我没有遗漏任何内容，只是 readelf-a输出的其他整个部分。

还要注意程序头中的绝对虚拟地址，它不会让内核选择在虚拟地址空间中映射文件的位置。这是 ELF 对象的 EXEC 和 DYN 类型之间的区别。PIE 可执行文件是具有入口点的共享对象，允许我们获取主可执行文件的 ASLR。实际的 EXEC 可执行文件具有链接时间选择的内存布局。

ldd显然仅在以下情况下才报告“不是动态可执行文件”：

  • 没有 ELF 解释器（动态链接器）路径
  • ELF 类型 = 执行

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