В прошлый раз мы рассмотрели флаг компоновщика -Bsymbolic и узнали, как будет разрешена ссылка на глобальный символ, определенный сразу в нескольких местах: исполняемом файле и разделяемой библиотеке.
В этой публикации продолжим разбор данного флага и узнаем, как его использование в связке с параметром компилятора -fno-semantic-interposition может уменьшить размер исполняемого файла и ускорить процесс выполнения кода.
В обычной ситуации, если вы компилируете разделяемую библиотеку с помощью GCC, каждый вызов функции проходит через таблицу PLT для определения адреса и поддержки возможности, в случае чего, использовать стороннюю реализацию при перехвате (LD_PRELOAD). Это говорит о том, что если в библиотеке определены функции foo и bar и при этом foo вызывает bar, то вызов bar будет не прямым, а косвенным (через PLT заглушку):
$ gdb ./prog
Dump of assembler code for function foo:
=> 0x0000fffff7fa059c <+8>: bl 0xfffff7fa0480 <bar@plt>
0x0000fffff7fa05a8 <+20>: ret
Такая система вызовов:
1. Исключает возможные оптимизации на этапе генерации кода компилятором. Как пример, то же встраивание функций (inline) не будет отработано.
2. Приводит к большему размеру файла библиотеки за счет дополнительных машинных инструкций, необходимых для заполнения таблиц PLT и GOT.
3. Нагружает CPU instruction cache и приводит к более длительному исполнению кода.
4. Приводит к неоднозначности по отношению к используемой реализации: будет вызвана функция, определенная компоновщиком первой. Не факт, что это будет именно тот экземпляр, который реализован внутри библиотеки. Функции, которые определены в исполняемом файле, имеют больший приоритет.
Хммм, для чего тогда нужна такая система, раз уж столько в ней недостатков? По другому не получится, если нужен функционал перехвата функций через переменную LD_PRELOAD. В таком случае можно подменять реализации символов на те, которые указаны в передаваемой библиотеке:
$ gcc -Wall -o prog main.c ./libdemo.so
$ LD_PRELOAD=./libdemo2.so ./prog
Function "bar" is called from libdemo2.so
Если мы соберем зависимость с флагом -Bsymbolic, все вызовы внутренних функций будут происходить напрямую, без PLT заглушек, что с одной стороны значительно уменьшит программный overhead, с другой исключит возможность перехвата символов в рантайме:
$ gdb ./prog
Dump of assembler code for function foo:
=> 0x0000fffff7fa0628 <+8>: bl 0xfffff7fa05f4 <bar>
0x0000fffff7fa0634 <+20>: ret
Таким образом, данный флаг не только приводит к однозначному использованию библиотечных реализаций вложенных функций, но и способствует лучшей производительности программ на этапе выполнения.
Как добиться лучшей производительности?
Все бы хорошо, но хочется полностью развязать компилятору руки и позволить эффективно оптимизировать код. Для данной цели предусмотрен флаг -fno-semantic-interposition, который исключает возможность перехвата символов на этапе компиляции и позволяет применять к функциям ряд различных оптимизаций. В GCC этот флаг по дефолту отключен и активируется под параметром -Ofast.
Для лучшей производительности, рассмотренные флаги лучше использовать вместе, тогда получится не только избавиться от PLT вызовов, но и сгенерировать более оптимальный код:
gcc -Wl,-Bsymbolic -Ofast -shared -o libdemo.so mod1.c