Linux xlanchenustc edu cn 3606864 83421 Autumn 2007

Linux操作系统分析 主讲：陈香兰 助教：贾永泉、毛熠璐 xlanchen@ustc. edu. cn 3606864 -83（西区电三421） Autumn 2007 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems

“ 欲善其事， 必先利其器” --《论语》 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 2

相关 具介绍 l l 开发 具 分析 具 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 3

GNU Tools简介 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems

一、GCC l l 很多人认为GCC只是一个C编译器， 其实GCC = GNU Compiler Collection 目前，GCC可以支持多种高级语言，如 l l l C、C++ ADA Object C JAVA Fortran PASCAL xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 6

gcc使用举例（1） 源程序 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 9

gcc使用举例（2） 编译和运行 编译 运行 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 10

gcc的 作过程（1） l 如果使用-v选项，则可以看到许多被隐藏的信 息 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 11

xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 12

预编译 行数 单词数 字节数 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 15

预处理文件 汇编代码 直接编译到汇编代码 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 17

3、编译成目标代码 l 汇编代码 目标代码 gcc –x assembler –c gcctest. s l 直接编译成目标代码 gcc –c gcctest. c l 使用汇编器生成目标代码 as –o gcctest. s xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 18

汇编代码 目标代码 直接编译成目标代码 使用汇编器 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 19

4、编译成执行代码 l 目标代码 执行代码 gcc –o gcctest. o l 直接生成执行代码 gcc –o gcctest. c xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 20

目标代码 执行代码 直接生成执行代码 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 21

gcc的高级选项 l -Wall：打开所有的警告信息 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 22

修改源程序 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 24

gcc的优化编译举例（1） 考虑如下的源代码 不同的优化 编译选项 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 26

gcc的优化编译举例（2） 使用time命令统计程序的运行 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 27

15. 16. 17. libiberty 包含许多GNU程序都会用到的函数，这 些程序有： getopt, obstack, strerror, strtol 和 strtoul. libbfd 二进制文件描述库. libopcodes 用来处理opcodes的库, 在生成一些 应用程序的时候也会用到它, 比如 objdump. Opcodes是文本格式可读的处理器操作 指令. xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 32

binutils开发 具使用举例 l l l ar nm Objcopy Objdump readelf xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 33

使用ar建立库文件（1） l 源程序add. c和minus. c xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 35

库文件使用举例 在代码中使用Add和Minus函数 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 37

在编译时指定库文件 指明将libtest. a链接进来 运行结果 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 38

nm使用举例 如果对test可执行文件使用nm， 会有什么结果呢？（作业） xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 41

Objcopy使用举例 使用file命令查看文件类型 生成srec格式的目标文件 使用file命令查看新文件的类型 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 43

文件格式 l l l a. out： assembler and link editor output 汇编器和链接编辑器的输出 coff common object file format 一种通用的对象文件格式 ELF excutive linked file Linux系统所采用的一种通用文件格式，支持动态连接。 ELF格式可以比COFF格式包含更多的调试信息 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 44

文件格式 l l l Flat elf格式有很大的文件头，flat文件对文件头和 一些段信息做了简化 u. Clinux系统使用flat可执行文件格式 SREC MOTOROLA S-Recoder格式（S记录格式文 件） 等等 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 45

Objdump使用举例（1） -f选项：显示文件头中的内容 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 47

Objdump使用举例（2） -d选项进行反汇编 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 48

5、readelf l readelf： 显示一个或多个ELF格式的目标文件信息。 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 49

Readelf使用举例 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 50

三、其他GNU 具 l l Gdb—调试器 GNU make－－软件 程 具 diff，patch－－补丁 具 CVS－－版本控制系统 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 51

1、GNU Toolchain—gdb l l Gdb = GNU debuger GNU tools中的调试器，功能强大 l l l 设置断点 监视、修改变量 单步执行 显示/修改寄存器的值 堆栈查看 远程调试 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 52

gdb使用举例 l 源代码如下 编译: gcc –o bug. c xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 53

编译并运行 编译 ？？？？ xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 54

使用gdb调试bug 运行bug 输入字符串hello 显示出错位置 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 能不能看到源代码呢？ 55

使用gcc的-g参数 l l gcc –g –o bug. c 重新调试 列出源代码 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 56

设置断点 ？怎么修改前面的源代码呢？ xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 57

l 规则一般形式 target. . . : prerequisites. . . <tab>command <tab>. . . l 例如 test: test. c; gcc –O –o test. c xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 63

一个简单的makefile edit : main. o kbd. o command. o display. o insert. o search. o files. o utils. o cc -o edit main. o kbd. o command. o display. o insert. o search. o files. o utils. o main. o : main. c defs. h cc -c main. c kbd. o : kbd. c defs. h command. h cc -c kbd. c command. o : command. c defs. h command. h cc -c command. c display. o : display. c defs. h buffer. h cc -c display. c insert. o : insert. c defs. h buffer. h cc -c insert. c search. o : search. c defs. h buffer. h cc -c search. c files. o : files. c defs. h buffer. h command. h cc -c files. c utils. o : utils. c defs. h cc -c utils. c clean : xlanchen@2007. 5. 22 Embeddeddisplay. o Operating Systems rm edit main. o kbd. o command. o insert. o search. o files. o utils. o 64

Make的 作过程 l l default goal 在缺省的情况下，make从makefile中的第一个 目标开始执行 Make的 作过程类似一次深度优先遍历过程 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 65

Makefile 中的变量 l 使用变量可以 l l l 降低错误风险 简化makefile 例：objects变量（$(objects)） objects = main. o kbd. o command. o display. o insert. o search. o files. o utils. o edit : $(objects) cc -o edit $(objects) xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 66

预定义变量 l Make使用了许多预定义的变量，如 l l l l AR AS CC CXX CFLAGS CPPFLAGS 等等 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 68

简化后的makefile文件 objects = main. o kbd. o command. o display. o insert. o search. o files. o utils. o edit : $(objects) cc -o edit $(objects) main. o : defs. h kbd. o : defs. h command. h display. o : defs. h buffer. h insert. o : defs. h buffer. h search. o : defs. h buffer. h files. o : defs. h buffer. h command. h utils. o : defs. h. PHONY : clean : rm edit $(objects) xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 69

Makefile中的函数 (Functions) l l 用来计算出要操作的文件、目标或者要执行的 命令 使用方法： l l $(function arguments) 典型的函数 l $(subst from, to, text) l l $(subst ee, EE, feet on the street) 相当于`f. EEt on the str. EEt' xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 74

l $(patsubst pattern, replacement, text) l l l $(patsubst %. c, %. o, x. c. c bar. c) 相当于`x. c. o bar. o‘ $(wildcard pattern) l l $(wildcard *. c) objects : = $(wildcard *. o) xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 75

makefile中的条件语句 conditional-directive text-if-true endif or conditional-directive text-if-true else text-if-false endif xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 76

四种条件语句 l l ifeq. . . else. . . endif ifneq…else…endif ifndef. . . else…endif xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 77

实际项目中的makefile l 找到Linux源代码中所有的makefile，分析它们 的功能、相互关系。 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 78

ld使用举例（1） l 源程序 l 编译hello. c到hello. o l 命令：gcc -c hello. c xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 80

ld使用举例（2） l 链接 l l 命令：ld –dynamic-linker /lib/ld-linux. so. 2 /usr/lib/crt 1. o /usr/lib/crti. o /usr/lib/crtn. o hello. o –lc –o hello 运行. /hello xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 81

l 使用objdump查看目标文件的信息 l l objdump –h hello. o 比较hello 看看有什么不同？ xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 83

常用的命令 l INCULDE filename 包含其他filename的链接描述文件 l INPUT(file, …) 指定多个输入文件名 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 88

常用的命令 l OUTPUT_FORMAT(bfdname) 指定输出文件的格式 l OUTPUT_ARCH ( bfdname ) l 指定目标机器体系结构，例如： OUTPUT_ARCH(arm) xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 89

Memory举例 xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 91

定义输出节 § l SECTIONS {. . . secname : { contents }. . . } 例如： xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 93

定位计数器 l 定位计数器，The Location Counter l l l 一个特殊的ld变量，使用“. ”表示 总是在SECTIONS中使用 例如： xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 94

一个简单例子 l 下面是一个简单的例子： 例中，输出文件包含text，data，bss三个节，而输入文件 也只包含这 3个节： SECTIONS {. =0 x 01000000; . text: {*(. text)}; . =0 x 08000000; . data: {*(. data)}; . bss: {*(. bss)}; } xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 95

SECTIONS举例（对应于上面的 MEMORY例子） xlanchen@2007. 5. 22 Embedded Operating Systems 96