跳到主要内容

使用 nm 和 dlsym 加载共享对象符号

在 Linux 开发中，动态链接库（共享对象文件，.so）的符号加载和地址解析是一个常见需求。通过 nm 和 dlsym 的结合，我们可以高效地实现符号加载。本文将详细介绍实现原理、方法、代码示例，以及注意事项。

背景介绍​

共享对象文件中的符号包含函数、变量等导出的信息。在调试或动态加载场景中，我们常需要解析符号名称和对应地址。

通常解析符号可以通过以下步骤实现：

  1. 使用 nm 获取 .so 文件中的全部符号名称。
  2. 使用 dlsym 从共享对象中解析符号地址。

这种方法避免了复杂的 ELF 文件格式解析，具有高效和稳定的优点。

实现原理​

使用 nm 获取符号名称​

nm -D your_shared_object.so 可以列出共享对象中所有的动态符号。我们可以通过解析其输出，筛选出感兴趣的符号，例如类型为 T 或 t（表示全局或本地函数符号）的符号。

使用 dlsym 获取符号地址​

dlsym 是一个标准的 POSIX 接口，用于从共享对象文件中查找符号地址。结合符号名称列表，可以逐一解析每个符号的地址，并将其存储到 std::unordered_map 中。

实现代码​

以下代码展示了从共享对象中提取符号名称并解析地址的完整实现：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <dlfcn.h>

// 获取共享对象符号映射表
std::unordered_map<void*, std::string> getAddressToNameMap(const std::string& so_file_name) {
    std::unordered_map<void*, std::string> addressToNameMap;

    // 运行 nm 命令获取符号名称
    std::string command = "nm -D " + so_file_name + " 2>/dev/null";
    FILE* pipe = popen(command.c_str(), "r");
    if (!pipe) {
        std::cerr << "Failed to run nm command" << std::endl;
        return addressToNameMap;
    }

    std::vector<std::string> functionNames;
    char buffer[256];
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), pipe) != nullptr) {
        std::string line(buffer);
        std::istringstream iss(line);
        std::string address, type, name;
        if (iss >> address >> type >> name) {
            if (type == "T" || type == "t") {
                functionNames.push_back(name);
            }
        }
    }
    pclose(pipe);

    // 打开共享对象文件
    void* handle = dlopen(so_file_name.c_str(), RTLD_LAZY);
    if (!handle) {
        std::cerr << "dlopen failed: " << dlerror() << std::endl;
        return addressToNameMap;
    }

    // 获取符号地址并存入映射表
    for (const auto& funcName : functionNames) {
        void* addr = dlsym(handle, funcName.c_str());
        if (addr) {
            addressToNameMap[addr] = funcName;
        } else {
            std::cerr << "dlsym failed for symbol: " << funcName << " - " << dlerror() << std::endl;
        }
    }

    // 关闭共享对象文件
    dlclose(handle);
    return addressToNameMap;
}

int main() {
    const std::string so_file_name = "your_shared_object.so";

    // 获取符号映射表
    auto addressToNameMap = getAddressToNameMap(so_file_name);

    // 打印所有符号地址和名称
    for (const auto& entry : addressToNameMap) {
        std::cout << "Address: " << entry.first << ", Name: " << entry.second << std::endl;
    }

    return 0;
}

代码解析​

获取符号映射表​

  • 通过封装 getAddressToNameMap 函数，实现符号提取和地址解析的功能。
  • getAddressToNameMap 的输入是共享对象文件路径，返回值是地址和符号名称的映射表。

使用 nm 获取符号名称​

  • 通过 popen 执行 nm -D 命令，读取其输出。
  • 筛选出类型为 T 或 t 的符号，通常表示导出的函数符号。

打开共享对象文件​

  • 使用 dlopen 打开 .so 文件，返回句柄。
  • 如果失败，使用 dlerror 获取错误信息。

获取符号地址​

  • 遍历符号名称列表，逐个调用 dlsym 获取符号地址。
  • 将符号名称和地址存储到 std::unordered_map 中。

注意事项​

  1. nm 工具的依赖

    • nm 命令用于读取共享对象文件的符号表，因此共享对象在编译时必须保留符号信息（未使用 strip 移除符号）。

  2. 符号查找范围

    • 只有被导出的符号（即全局可见符号）才能通过 dlsym 找到，静态或本地符号无法解析。

  3. 性能与稳定性

    • 这种方法不涉及手动解析 ELF 文件格式，相对稳定且易于实现。
    • 适合调试或动态符号解析场景，但不适合符号数量极大的高性能场景。

总结​

本文详细介绍了如何通过 nm 和 dlsym 从共享对象文件中加载符号及其地址的实现方式。通过结合标准工具与动态链接库 API，可以有效地解析符号信息，并应用于调试、分析等场景。希望本文对您有所帮助！