Linux二进制实用工具Binutils工具集解析()

From：http://blog.csdn.net/zqixiao_09/article/details/50783007

GNU Binutils：http://www.gnu.org/software/binutils/

GNU Binutils详解：http://www.crifan.com/files/doc/docbook/binutils_intro/release/html/binutils_intro.html

交叉编译详解：http://www.crifan.com/files/doc/docbook/cross_compile/release/html/cross_compile.html

     对于嵌入式系统开发，掌握相应的工具至关重要，它能使我们解决问题的效率大大提高。目前，可以说嵌入式系统的开发工具是GNU的天下，因为来自GNU的GCC编译器支持大量的目标处理器。除了GCC，还有一个非常重要的、同样来自于GNU的工具集（toolchain） —— binutils toolchain。这一工具集中存在的一些工具，可以说是我们开发和调试不可缺少的利器。 Binutils中的工具不少和GCC相类似，也是针对特定的处理器的。

     在binutils中以下的工具是我们在做嵌入式系统开发时需要掌握的：

addr2line	将程序地址翻译成文件名和行号；给定地址和可执行文件名称，它使用其中的调试信息判断与此地址有关联的源文件和行号。 （将地址对应到文件名和行号）
ar	创建、修改和提取归档
as	一个汇编器，as工具主要用来将汇编语言编写的源程序转换成二进制形式的目标代码。Linux平台的标准汇编器是GAS，它是Gnu GCC编译器所依赖的后台汇编工具，通常包含在Binutils软件包中。
c++filt	被链接器用于修复 C++ 和 Java 符号，防止重载的函数相互冲突
elfedit	更新 ELF 文件的 ELF 头
gprof	显示分析数据的调用图表。gprof是Linux下一个强有力的程序分析工具。能够以“日志”的形式记录程序运行时的统计信息：程序运行中各个函数消耗的时间和函数调用关 系，以及每个函数被调用的次数等等。从而可以帮助程序员找出众多函数中耗时最多的函数，也可以帮助程序员分析程序的运行流程。相信这些功能对于分析开源代 码的程序员来说，有着相当大的诱惑力;同时我们也可以借助gprof进行性能优化和分析。
ld	一个链接器，将几个对象和归档文件组合成一个文件，重新定位它们的数据并且捆绑符号索引。同as一样，ld也是GNU Binutils工具集中重要的工具，Linux使用ld作为标准的链接程序，由汇编器产生的目标代码是不能直接在计算机上运行的，它必须经过链接器的处 理才能生成可执行代码，链接是创建一个可执行程序的最后一个步骤，ld可以将多个目标文件链接成为可执行程序，同时指定了程序在运行时是如何执行的。
ld.bfd	到 ld 的硬链接
nm	列出给定对象文件中出现的符号（列出目标文件(.o)的符号清单）
objcopy	将一种对象文件翻译成另一种，.bin 转换成 .elf 、.elf 转换成 .bin等。
objdump	显示有关给定对象文件的内容信息，包含指定显示信息的选项；显示的信息对编译工具开发者很有用（能实现(ar,nm)的很多功能） 最主要的作用是反汇编
ranlib	创建一个归档的内容索引并存储在归档内；索引列出其成员中可重定位的对象文件定义的所有符号。ranlib 生成索引以加快对归档文件的访问，并将结果保存到这个归档文件中，在索引中列出了归档文件各个成员所定义的可重分配目标文件。ar -s可以实现类似的功能。
readelf	显示有关 ELF 二进制文件的信息，readelf -h *.exe进行查看。是ELF文件查看利器。
size	列出给定对象文件每个部分的尺寸和总尺寸，代码段、数据段、总大小等。
strings	对每个给定的文件输出不短于指定长度 (默认为 4) 的所有可打印字符序列；对于对象文件默认只打印初始化和加载部分的字符串，否则扫描整个文件
strip	移除对象文件中的符号,进行文件压缩，进行瘦身。即删除目标文件中的全部或者特定符号，这样可以减小可执行文件的大小。在嵌入式应用中，可执行文件一般存放在flash中，空间有限，因此在产品 release的过程中采用strip对程序进行裁剪很有必要。
libiberty	包含多个 GNU 程序会使用的途径，包括 getopt、obstack、strerror、strtol 和 strtoul
libbfd	二进制文件描述器库
libopcodes	一个库，用于处理 opcodes——处理器指令的 “可读文本” 版本；用于编制 objdump 这样的工具

下面是各命令的详细使用方法：

1、 addr2line 

       addr2line是用来将程序地址转换成其所对应的程序源文件及所对应的代码行，当然，也可以得到所对应的函数。为了说明addr2line是如何使用的，我们需要有一个练习用的程序。先采用编辑工具编辑一个test.c源文件，其内容如图所示。

运行如下的命令将test.c编译成可执行文件，注意：必须加 -g 这个选项 并运行之。在运行test程序后，我们可以在其终端上看到它打印出的fun()函数的地址 —— 0x80483e4。

现在，我们可以用这一地址来看一看addr2line是如何使用的。在终端中运行如下的命令，从命令的运行结果来看，addr2line工具正确的指出了地址0x80483e4 所对于应的程序的具体位置是在哪以及所对应的函数名是什么。

可能有人会问了：这个0x80483e4地址是我们打印出来，即然有打印，我们一般情况下也会打印出其具体的函数位置，而不是只打印地址，我为何要这么绕一下通过addr2line去找到地址所对应的函数呢？其实，这里打印出地址只是为了得到一个地址以便用于练习。在现实中，地址往往是在调试过程中或是当程序崩溃时通过某种方式获得的。此外，采用nm工具（后面会讲到）可以得到如下的函数地址信息。

2、as

as汇编器，将汇编代码汇编成目标文件

3、 size  

       size工具，就是列程序文件中各段的大小。在后面的章节中，我们会使用objdump查看段信息，除了这三个段还有.rdata和.idata两个段，其中.rdata段被归类到.text段中，而.idata段被归类到.data段中。下面是采用size工具所显示出的test中的段大小信息。

4、nm

      nm用于列出程序文件中的符号，符号是指函数或是变量名什么的。下面，我们来看一看图 2所编译出来的程序当中有些什么符号

      nm所列出的每一行有三部分组成：

第一列是指程序运行时的符号所对应的地址，对于函数则地址表示的是函数的开始地址，对于变量则表示的是变量的存储地址；

第二列是指相应符号是放在哪一个段的；

第三列则是指符号的名称。

在前面我们讲解addr2line时，我们提到addr2line是将程序地址转换成这一地址所对应的具体函数是什么，而nm则是全面的列出这些信息。但是，nm不具备列出符号所在的源文件及其行号这一功能，因此，我们说每一个工具有其特定的功能，在嵌入式系统的开发过程中我们需要灵活的运用它们。  

       对于nm列出的第二列信息，非常的有用，其意义在于可以了解我们在程序中所定义的一个符号（比如变量等等）是被放在程序的哪一个段的，下表列出了第二列将会出现的部分字母的含义，要参看所有字母的意思，请在你的开发环境中运行“man nm”。

5、strip 
      strip的功能也相对的简单，主要用于去除程序文件中的调试信息以便减小文件的大小。对于strip的功能，其与objcopy带--strip-debug参数时的功能是一样的，这我们前面也有提及。strip所具有的功能，objcopy也都有。

可以看到test小了几KB，strip在大文件中有更好的体现。

6、objdump  

      objdump可以用来查看目标程序中的段信息和调试信息，也可以用来对目标程序进行反汇编。我们知道程序是由多个段组成的，比如.text是用来放代码的、.data是用来放初始化好的数据的、.bss是用来放未初始化好的数据的，等等。在嵌入式系统的开发过程中，我们有时需要知道所生成的程序中的段信息来分析问题。比如，我们需要知道其中的某个段在程序运行时，共起始地址是什么，或者，我们需要知道正在运行的程序中是否存在调试信息等等。 

objdump命令的使用

objdump命令是Linux下的反汇编目标文件或者可执行文件的命令，它还有其他作用，下面以ELF格式可执行文件test为例详细介绍：

objdump -f test        显示test的文件头信息
objdump -d test        反汇编test中的需要执行指令的那些section
objdump -D test        与-d类似，但反汇编test中的所有section
objdump -h test        显示test的Section Header信息
objdump -x test        显示test的全部Header信息
objdump -s test        除了显示test的全部Header信息，还显示他们对应的十六进制文件代码

举例：
将C源代码和反汇编出来的指令对照：
1.编译成目标文件（要加-g选项）：gcc -g -o test.c
2.输出C源代码和反汇编出来的指令对照的格式：objdump -S test.o

1）-- 下面是使用objdump的--h选项来查看程序中的段信息，练习用的程序如前面的图，这里假设你已将其编译成了可执行文件test

2）-- 反汇编

如何对任意一个二进制文件进行反汇编？

我们可以这样做：objdump -D -b binary -m i386 a.bin
-D表示对全部文件进行反汇编，-b表示二进制，-m表示指令集架构，a.bin就是我们要反汇编的二进制文件
objdump -m可以查看更多支持的指令集架构，如i386:x86-64，i8086等
另外上面的所有objdump命令的参数同样适用于arm-linux-objdump。
同时我们也可以指定big-endian或little-endian（-EB或-EL），我们可以指定从某一个位置开始反汇编等。所以objdump命令是非常强大的！

7、objcopy 

      objcopy的功能非常的强大，它可以对最后生成的程序文件进行一定的编辑。

      作用：格式转换
 例：objcopy -O binary  xx  xx.bin

8、readelf

       readelf可以显示elf格式可执行文件的信息。ELF格式是UNIX系统实验室作为应用程序二进制接口开发的。ELF格式是Unix/Linux平台上应用最广泛的二进制工业标准之一。

常用的有以下几个功能选项：

1）-h或者--file-header   显示在ELF文件头里包含的所有信息
2）-l或者--program-headers或者--segments
     显示程序头表信息，包扩有几个段，每个段的属性，以及每个段中包含有哪几个节（Section）
3）-S或者--section-headers或者--sections    显示节区表内的所有信息，包括每个节的属性，注意这里是用的是大写的“S”
4）-t或者--section-details    用来显示所有节的详细信息，感觉上但从信息量上来说，和前面的“-S”没有什么大的不同
5）-e或者--headers    显示所有头的信息，包括ELF文件头、程序头和节头，也就是“-h -l -S”的组合。
6）-s或者--syms或者--symbols    显示符号表的信息，包含静态符号表（.symtab）和动态符号表（.dynsym）
7）-r或者--relocs     显示所有重定位入口的信息
8）-d或者--dynamic    显示动态节区的内容
9）-x或者--hex-dump=    显示某个节区的二进制码，具体哪个节可以用该节的编号或者名字来指定，例如“-x .text”

对比objdump与readelf readelf objdump nm

objdump和readelf都可以用来查看二进制文件的一些内部信息. 区别在于objdump借助BFD（LIB BFD, the Binary File Descriptor Library：http://www.mssl.ucl.ac.uk/swift/om/sw/help/man/bfd.html）而更加通用一些, 可以应付不同文件格式, readelf则并不借助BFD, 而是直接读取ELF格式文件的信息, 按readelf手册页上所说, 得到的信息也略细致一些. 
几个功能对比. 

1. 反汇编代码

查看源代码被翻译成的汇编代码, 大概有3种方法,
1) 通过编译器直接从源文件生成, 如gcc -S
2) 对目标代码反汇编, 一种是静态反汇编, 就是使用objdump
3) 另外一种就是对运行时的代码反汇编, 一般通过gdb

readelf并不提供反汇编功能.
objdump可以指定反汇编哪个节, 一般只有对包含指令的节反汇编才有意义. 而对于一些其他的类型的节, objdump也可以将特殊节的数据以解析后的形式呈现出来, 例如对于.plt, 输出如下:

Linux开发工具 — readelf、objdump、hexdump。：http://blog.csdn.net/u011118014/article/details/20869441