GNU开发工具——GNU Binutils快速入门

Posted 2020-12-19

GNU开发工具——GNU Binutils快速入门

一、GNU Binutils简介

GNU Binutils（GNU二进制工具集），即GNU Binary Utilities，是一套用于创建、管理和维护二进制目标文件的工具集合，包括addr2line、ar、gprof、nm、objcopy、objdump、ranlib、size、strings、strip。
Binutils官网地址：https://www.gnu.org/software/binutils/

二、GNU Binutils工具使用

1、addr2line

addr2line用于将可执行文件中代码地址转换为文件名和行号，可执行文件必须带调试信息。
addr2line [-a| --addresses ] [-b bfdname | --target=bfdname] [-C | --demangle[=style]] [-e filename | --exe=filename] [-f | --function] [-s | --basename] [-i | --inlines] [-p | --pretty-print] [-j | --section=name] [-H | --help] [-V | --version] [addr addr ...]
-a --addresses：在函数名、文件和行号信息前，显示地址，以十六进制形式。
-b --target=<bfdname>：指定目标文件格式为bfdname。
-e --exe=<executable>：指定需要转换地址的可执行文件名。
-i --inlines： 如果需要转换的地址是内联函数，则输出的信息包括其最近范围内的一个非内联函数的信息。
-j --section=<name>：给出的地址代表指定section的偏移，而非绝对地址。
-p --pretty-print：使得函数输出信息更加人性化：每一个地址的信息占一行。
-s --basenames：仅仅显示每个文件名的基址（即不显示文件的具体路径，只显示文件名）。
-f --functions：在显示文件名、行号输出信息的同时显示函数名信息。
-C --demangle[=style]：将低级别的符号名解码为用户级别的名字。
-h --help：输出帮助信息。
-v --version：输出版本号。
在程序执行过程中出现崩溃时，addr2line可用于快速定位出错位置，进而找出代码的bug。

编译：
gcc -g test.c -o test
开启core dump：
ulimit -c unlimited
运行程序，当前目录下生产core文件：
./test
读取core文件，获取IP寄存器值
demsg core.733

ip（指令指针寄存器）字段后的数字是test程序出错时程序执行的位置。
定位代码行：
addr2line -a 00000000004004fd -f -p -C -e test

定位至test.c文件第7行。

2、ar

ar用于创建、修改静态库文件，从静态库中提取单个模块等。
ar [-]p[mod] [--plugin name] [--target bfdname] [relpos] [count] archive [member...]
操作模式：
d：从库中删除模块。按模块原来的文件名指定要删除的模块。
m：在一个库中移动成员。当库中如果有若干模块有相同的符号定义(如函数定义)，则成员的位置顺序很重要。如果没有指定任选项，任何指定的成员将移到库的最后。可以使用‘a‘，‘b‘，或‘I‘操作选项移动到指定的位置。
p：显示库中指定的成员到标准输出。如果指定任选项v，则在输出成员的内容前，将显示成员的名字。如果没有指定成员的名字，所有库中的文件将显示出来。
q：快速追加。增加新模块到库的结尾处，不会检查是否需要替换。
r：在库中插入模块(替换)。如果插入的模块名已经在库中存在，则替换同名的模块。如果若干模块中有一个模块在库中不存在，ar显示一个错误消息，不会替换 其它同名模块。
t：显示库的模块表清单。
x：从库中提取一个成员。如果不指定要提取的模块，则提取库中所有的模块。
操作选项：
a：在库的一个已经存在的成员后面增加一个新的文件。如果使用选项a，则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。
b：在库的一个已经存在的成员前面增加一个新的文件。如果使用选项b，则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。
c：创建一个静态库。不管库是否存在，都将创建。
f：在库中截短指定的名字。缺省情况下，文件名的长度是不受限制的，可以使用f参数将文件名截短，以保证与其它系统的兼容。
i：在库的一个已经存在的成员前面增加一个新的文件。如果使用选项i，则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。
N：与count参数一起使用，在库中有多个相同的文件名时指定提取或输出的个数。
o：当提取成员时，保留成员的原始数据。如果不指定o选项，则提取出的模块的时间将标为提取出的时间。
P：进行文件名匹配时使用全路径名。
s：写入一个目标文件索引到库中，或者更新一个存在的目标文件索引。
S：不创建目标文件索引，在创建较大的库时能加快时间。
u：插入列出文件中比库中同名文件新的文件，只用于r操作选项。
v：用来显示执行操作选项的附加信息。
V：显示ar的版本.
ar crt libtest.a test.o

3、c++filt

C++编译器通过name mangling机制支持C++函数重载，因此经过C++编译器编译后的函数符号与C++函数名称并不一致。
c++filt是用于查找经过name mangling后的C++函数符号的原本函数名称的工具。

4、nm

nm用于列出目标文件中的符号，输出结果包含地址、段、标识符。

nm [-A|-o|--print-file-name] [-a|--debug-syms]
          [-B|--format=bsd] [-C|--demangle[=style]]
          [-D|--dynamic] [-fformat|--format=format]
          [-g|--extern-only] [-h|--help]
          [-l|--line-numbers] [-n|-v|--numeric-sort]
          [-P|--portability] [-p|--no-sort]
          [-r|--reverse-sort] [-S|--print-size]
          [-s|--print-armap] [-t radix|--radix=radix]
          [-u|--undefined-only] [-V|--version]
          [-X 32_64] [--defined-only] [--no-demangle]
          [--plugin name] [--size-sort] [--special-syms]
          [--synthetic] [--target=bfdname]
          [objfile...]

-a或--debug-syms：显示调试符号。
-B：等同于--format=bsd，用来兼容MIPS的nm。
-C或--demangle：将低级符号名解码(demangle)成用户级名字，可以使得C++函数名具有可读性。
-D或--dynamic：显示动态符号。
-f format：使用format格式输出。format可以选取bsd、sysv或posix，该选项在GNU的nm中有用。默认为bsd。
-g或--extern-only：仅显示外部符号。
-n、-v或--numeric-sort：按符号对应地址的顺序排序，而非按符号名的字符顺序。
-p或--no-sort：按目标文件中遇到的符号顺序显示，不排序。
-P或--portability：使用POSIX.2标准输出格式代替默认的输出格式。等同于使用任选项-f posix。
-s或--print-armap：当列出库中成员的符号时，包含索引。索引的内容包含：哪些模块包含哪些名字的映射。
-r或--reverse-sort：反转排序的顺序(例如，升序变为降序)。
--size-sort：按大小排列符号顺序。该大小是按照一个符号的值与它下一个符号的值进行计算的。
-t radix或--radix=radix：使用radix进制显示符号值。radix只能为“d”表示十进制、“o”表示八进制或“x”表示十六进制。
--target=bfdname：指定一个目标代码的格式，而非使用系统的默认格式。
-u或--undefined-only：仅显示没有定义的符号(那些外部符号)。
-l或--line-numbers：对每个符号，使用调试信息来试图找到文件名和行号。对于已定义的符号，查找符号地址的行号。对于未定义符号，查找指向符号重定位入口的行号。如果可以找到行号信息，显示在符号信息之后。
-V或--version：显示nm的版本号。

段标识符如下：
A：地址值在链接过程中不会发生改变
B/b：标识符位于未初始化数据段（.bss）
C：未定义存储段的标识符，链接时决定段位置
D/d：标识符位于数据段（.data）
N：调试专用标识符
R/r：标识符位于只读存储区（.rdata）
T/t：标识符位于代码段（.text）
U：未定义标识符

5、objcopy

objcopy用于从源目标文件拷贝内容到目标文件，用于不同格式的二进制文件的转换。
objcopy [option] infile [oufile]
infile：源目标文件
outfile：输出目标文件
-I bfdname，--input-target=bfdname：指定源目标文件格式，如果不指定，objcopy会自己分析源目标文件的格式
-O bfdname，--output-target=bfdname：指定输出目标文件格式
-S|--strip-all：不从源目标文件拷贝重定位和调试信息
-g|--strip-debug：不从源目标文件拷贝调试符号或分区信息
-K symbolname|--keep-symbol=symbolname：保留指定符号
-N symbolname|--strip-symbol=symbolname：移除指定符号
-x，--discard-all：不从源目标文件拷贝非全局符号
-R sectionpattern，--remove-section=sectionpattern：
--gap-fill=val：使用val填充段与段间的空闲区域
objcopy -O binary test test.bin
将文件转换成?rawbinary?格式

6、objdump

objdump用于查看目标文件或者可执行文件的构成。
参数选项如下：
-a，--archive-headers：显示档案库的成员信息。
-b bfdname，--target=bfdname：指定目标码格式。objdump -i可以列出可以指定的目标码格式列表。
-g，--debugging：显示调试信息。
-e，--debugging-tags：使用ctags格式显示调试信息。
-d，--disassemble：反汇编可执行文件section。
-D，--disassemble-all： 反汇编可执行文件所有section。
--prefix-addresses：反汇编的时候，显示每一行的完整地址。
-EB --endian=big：反汇编时指定大端格式。
-EL --endian=little：反汇编时指定小端格式。
-h，--section-headers --headers：显示目标文件各个section的头部摘要信息。
-H，--help：帮助信息。
-i，--info：显示-b或者-m选项可用的架构和目标格式列表。
-j name，--section=name：仅仅显示指定名称为name的section的信息
-m machine，--architecture=machine：指定反汇编目标文件时使用的架构，如果待反汇编文件本身没描述架构信息时需要指定。
-r，--reloc：显示文件的重定位入口。
-R，--dynamic-reloc：显示文件的动态重定位入口。
-s，--full-contents：显示指定section的完整内容。默认所有的非空section都会被显示。
-S，--source：反汇编出源代码。
--show-raw-insn：反汇编时，显示每条汇编指令对应的机器码，如不指定--prefix-addresses，是缺省选项。
--start-address=address：从指定地址开始显示数据。
--stop-address=address：显示数据直到指定地址为止。
-t，--syms：显示文件的符号表入口。
-T，--dynamic-syms：显示文件的动态符号表入口，仅仅对动态目标文件意义，比如某些共享库。它显示的信息类似于 nm -D|--dynamic 显示的信息。
-V，--version：版本信息
-x，--all-headers：显示所可用的头信息，包括符号表、重定位入口。
-z，--disassemble-zeroes：一般反汇编输出将省略大块的零，本选项会将零块也被反汇编。
objdump -j .data -S test

7、readelf

readelf用于显示ELF格式（目标）文件的信息。
-a：--all，显示全部信息,等价于 -h -l -S -s -r -d -V -A -I
-h：--file-header，显示elf文件开始的文件头信息
-S：--section-headers，显示节头信息。
-g：--section-groups，显示节组信息(如果有的话)。
-t：--section-details，显示节的详细信息(-S的)。
-s：--symbols，显示符号表段中的项（如果有的话）。
-e：--headers，显示全部头信息，等价于: -h -l -S
-n：--notes，显示note段（内核注释）的信息。
-r：--relocs，显示可重定位段的信息。
-u：--unwind，显示unwind段信息。当前只支持IA64 ELF的unwind段信息。
-d：--dynamic，显示动态段的信息。
-V：--version-info，显示版本段的信息。
-A：--arch-specific，显示CPU构架信息。
-D：--use-dynamic 使用动态段中的符号表显示符号，而不是使用符号段。
-x <number or name>：--hex-dump=<number or name> 以16进制方式显示指定段内内容。number指定段表中段的索引,或字符串指定文件中的段名。
-I：--histogram，显示符号的时候，显示bucket list长度的柱状图。
-v：--version，显示readelf的版本信息。
-H：--help，显示readelf所支持的命令行选项。
-W：--wide，宽行输出。

8、size

size显示目标文件或(.a)档案文件中所有section的大小。

size [-A|-B|--format=compatibility]
            [--help]
            [-d|-o|-x|--radix=number]
            [--common]
            [-t|--totals]
            [--target=bfdname] [-V|--version]
            [objfile...]

-A|-B|--format=compatibility
数据输出格式：-A等价于--format=sysv，-B等价于--format=berkeley。
-d|-o|-x|--radix=number
控制section显示的数据进制格式，-d等价于--radix=10，-o等价于--radix=8，-x等价于--radix=16。

9、strings

strings用于显示目标文件中的（可打印）所有字符串信息。
-d，--data：只打印目标文件中的data分区中初始化字符串

10、strip

strip用于从可执行文件中有选择地除去行号信息、重定位信息、调试段、typchk段、注释段、文件头以及所有或部分符号表，以实现在不影响程序功能的前提下，减少可执行文件的大小，减少程序的空间占用。
通常只在已经调试和测试过的生成模块上使用strip?命令，使用strip?命令减少对象文件所需的存储量开销。
为了方便定位问题（比如定位 core dump问题）， 尽量不要strip，除非存储紧张。工程实践中，若需要对动态库.so进行strip操作，减少占地空间，通常使用strip前的库用来调试， strip后的库用于发布， 两者建立对应关系，一旦发布版出问题，可以找对应的未strip库来定位。
-s|--strip-all：删除所有符号信息
-S|-g|-d|--strip-debug：只删除调试符号信息
-K symbolname |--keep-symbol=symbolname：保留符号
-N symbolname |--strip-symbol=symbolname：移除符号
-o：输出文件
strip -K func test.o