虚拟内存

CPU是如何做到寻址的？

举个例子

#include <stdio.h>
extern void ext();
int main() 
{
    printf("Hello World\n");
    ext();
    return 0;
}

对于如上代码，程序运行时是通过0x8049000这个地址找到printf函数的实现：

Dump of assembler code for function main:
   0x000000000800063a <+0>:     push   %rbp
   0x000000000800063b <+1>:     mov    %rsp,%rbp
=> 0x000000000800063e <+4>:     lea    0x9f(%rip),%rdi        # 0x80006e4

   0x0000000008000645 <+11>:    callq  0x8049000<puts@plt>

   0x000000000800064a <+16>:    mov    $0x0,%eax
   0x000000000800064f <+21>:    pop    %rbp
---Type <return> to continue, or q <return> to quit---

那么问题来了：

1. 0x8049000是物理地址还是虚拟地址？
   ——答：虚拟地址；
2. CPU如何找到这个地址对应的数据？
   ——答：CPU根据虚拟地址做页映射，进而找到物理内存页，再根据数据页内偏移找到最终的函数实现。

虚拟地址

为了说明一条虚拟地址的构成和作用，我们简单通过下面两幅图来介绍。

虚拟地址 vs 虚拟页 vs 物理页

image.png

CPU初次访问0x8049000地址流程

image.png

Linux下进程虚拟地址空间 vs 数据结构

image.png

链接装载

谈到动态链接，我们就不得不谈PLT以及GOT了。

GOT

又名全局偏移表， GOT完全是为了实现“代码地址无关”（PIC）技术，即通过新增对外部符号的指针，从而实现一份动态库代码段无视被任意进程装载到任意地址处，进而解决了共享代码段的复用（相比静态链接，同事节省了磁盘和物理内存）。

PLT

又名过程链接表，PLT实质就是延迟绑定技术的实现，即为了解决动态库间接寻址效率低下的问题，动态库将所有外部引用推迟到运行时装载，而且只在第一次引用符号时进行重定位！

运行时重定位

下面以main程序多次调用ext@plt为例，为大家展示PLT和GOT是如何配合动态链接器实现符号运行时重定位的：
.got一般位于ELF的数据段

image.png

image.png