Mold链接器处理RISC-V弱符号调用PLT的优化问题分析

在RISC-V架构下，Mold链接器在处理动态链接库中对弱定义符号(weak undefined symbol)的调用时，可能会错误地将这些调用转换为死循环代码。这一问题在使用Clang编译器时尤为明显，而使用GCC编译器则不会出现相同问题。

问题现象

当使用Clang编译并配合Mold链接器生成动态链接库时，如果代码中调用了声明为弱符号(weak symbol)但未定义的函数，最终生成的二进制文件中这些调用会被错误地优化为一个无限循环。具体表现为程序执行到该函数调用时会陷入死循环，导致程序挂起。

通过反汇编可以看到，原本应该进行动态链接的函数调用被转换为一个跳转到自身的无条件跳转指令(jalr)，形成了一个无法退出的循环结构。

技术背景

在RISC-V架构中，函数调用通常通过以下几种方式实现：

1. 直接调用：使用auipc+jalr指令对进行相对地址调用
2. PLT调用：通过过程链接表(Procedure Linkage Table)实现动态链接
3. GOT调用：通过全局偏移表(Global Offset Table)间接调用

对于弱符号的调用，编译器通常会生成特殊的重定位类型R_RISCV_CALL_PLT，以便链接器能够正确处理这些可能未定义的符号引用。

问题根源分析

经过分析，该问题源于Mold链接器在处理R_RISCV_CALL_PLT重定位类型时的特殊优化逻辑。当遇到弱符号且未定义的情况时，链接器错误地将调用点优化为了一个跳转到自身的指令序列，而不是保留正常的PLT调用机制。

相比之下，GCC编译器在这种情况下会生成R_RISCV_GOT_HI20和R_RISCV_PCREL_LO12_I重定位类型，通过手动构造GOT访问序列来实现函数调用，从而避免了这一问题。

解决方案

Mold链接器团队已经修复了这一问题。修复方案主要包括：

1. 正确识别弱符号调用的场景
2. 保留正常的PLT调用机制而非进行死循环优化
3. 确保与GCC生成代码的行为一致性

开发者建议

对于开发者而言，在遇到类似问题时可以采取以下措施：

1. 检查编译器生成的中间文件(.o)中的重定位信息
2. 对比使用不同编译器(GCC/Clang)时的行为差异
3. 在链接器参数中显式指定-z dynamic-undefined-weak或-z nodynamic-undefined-weak选项来控制行为
4. 保持链接器版本更新，以获取最新的问题修复

这一问题的修复确保了Mold链接器在RISC-V架构下处理弱符号调用时的正确性，为开发者提供了更可靠的构建工具链支持。