程序减肥，strip，eu-strip 及其符号表

程序减肥，strip，eu-strip 及其符号表

    我们要给我们生成的可执行文件和DSO瘦身，因为这样可以节省更多的磁盘空间，所以我们移除了debug信息，移除了符号表信息，同时我们还希望万一出事了，比如coredump了，我们能获取更多的信息，这时候我们又希望有符号表。
    我们等不能做到呢。Linux下是怎么解决这个矛盾的呢？先看第一个问题，程序减肥。
     1 程序减肥
    我写了个简单的代码，main调用了foo，foo调用了bar，其中bar故意访问了非法地址，为了引起core dump。

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# cat test.c
 #include<stdio.h>
 #include<stdlib.h>


 int bar()
 {
     char *p = NULL;
     fprintf(stderr,"I am bar，I will core dump\n");
     fprintf(stderr,"%s",p);
     return 0;
 }

 int foo()
 {
     int i ;
     fprintf(stderr, "I am foo,I will call bar\n");
     bar();
     return 0;
 }
 int main()
 {
     fprintf(stderr,"I am main, I wll can foo\n");
     foo();
     return 0;
 }
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol#

    先编译出一个debug版本来，然后我们看下可执行程序的大小

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 24
 drwxr-xr-x  2 root root 4096 3月 16 15:56 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root 4096 3月 16 14:07 ../
 -rwxr-xr-x  1 root root 9703 3月 16 15:56 test*
 -rw-r--r--  1 root root  361 3月 16 15:53 test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# readelf -S test

    然后我们看下section信息：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# readelf -S test

    然后，我们用strip命令将debug info 去除，指令如下，

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# strip --strip-debug test
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 20
 drwxr-xr-x  2 root root 4096 3月 16 16:10 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root 4096 3月 16 14:07 ../
 -rwxr-xr-x  1 root root 7205 3月 16 16:10 test*
 -rw-r--r--  1 root root  361 3月 16 15:53 test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol#

    可执行文件的大小从9703减小到了7205.当然了，我们也可以直接用gcc生成一个release版本的test。
    去除掉debug info的test 和之前的test有什么区别呢，我们看下section信息：

    我们可以看到.debug_info/.debug_line/.debug_str等六个debug相关的section都已经不在了，原来的35个section减少到了29个section。但是我们注意到白色两行，是符号表信息和字符串信息，这两个还在。

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# nm test
 08049f28 d _DYNAMIC
 08049ff4 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
 080485cc R _IO_stdin_used
          w _Jv_RegisterClasses
 08049f18 d __CTOR_END__
 。。。。。。。

    此时如果执行这个test可执行程序，会产生coredump文件，我们用gdb调试coredump文件的时候，我们可以打印出堆栈信息，因为符号表还在。

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ulimit -c unlimited
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ./test
 I am main, I wll can foo
 I am foo,I will call bar
 I am bar，I will core dump
 段错误 (核心已转储)
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 224
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 16:23 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r-----  1 root root 200704 3月 16 16:23 core
 -rwxr-xr-x  1 root root   7205 3月 16 16:10 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c

    此时我们用gdb 调试下：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# gdb -c core test

    这似乎是个比较合理的点，程序已经瘦了身，没有什么debug信息，一旦出了core dump，还有符号表信息。程序员喜欢。可惜大部分的发行版的程序都会将符号表信息删除。OK,我们进一步减肥。

    这一步就会要删掉符号表了，可以直接用：strip命令，或者strip --strip-all命令。

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# strip --strip-all test
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 216
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 16:33 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r-----  1 root root 200704 3月 16 16:23 core
 -rwxr-xr-x  1 root root   5520 3月 16 16:33 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol#

    此时的可执行程序test已经从7205减小到了5520,文件进一步瘦了身，此时符号表已经不在了，请看下图： 

    symtab和strtab两个section不见了，section从29个减少到了27个。nm 执行也看不到符号表。
    能不能进一步的减肥呢？ 答案是肯定的。上面提到的这些section中 .note.ABI-tag      .gnu.version   .comment  本质上都可以移除：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# objcopy -R .comment -R .note.ABI-tag -R .gnu.version test
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 216
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 16:48 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r-----  1 root root 200704 3月 16 16:23 core
 -rwxr-xr-x  1 root root   5320 3月 16 16:48 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c

    可以看到test可执行程序再次减小了，从5520减小到了5320.到目前位置，程序依然是可执行的：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ./test
 I am main, I wll can foo
 I am foo,I will call bar
 I am bar，I will core dump
 段错误 (核心已转储)
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol#

    当然了，这种操作其实没必要，对于大型程序而言，用strip移除符号表，文件会变小很多，但是用objcopy移除上面三个section，节省不了多少空间。

    2 符号表与 可执行程序（及DSO）分离
    到目前为止，我们玩的很happy，文件越来越小，节省了大量的空间。可惜给自己挖了个坑。常在河边走，哪能不湿鞋，玩C的人，哪能不处理几个core dump。现在我们把符号表移除了，发生了coredump我们就傻眼了。请看：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# rm core
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ulimit -c unlimited
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ./test
 I am main, I wll can foo
 I am foo,I will call bar
 I am bar，I will core dump
 段错误 (核心已转储)
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 216
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 17:03 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r-----  1 root root 200704 3月 16 17:03 core
 -rwxr-xr-x  1 root root   5320 3月 16 16:48 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol#

        
    看到堆栈信息里面的这些？？，有没有在一种叫天天不应，叫地地不灵的感觉？strip文件的符号表的时候有多爽，现在就有多痛苦。
    有没有一种办法，把符号表信息保留，需要用符号表的时候在将符号表的信息导入？答案是肯定的。

    方法1 使用eu-strip
    eu-strip可以把文件的符号表保存起来，需要用的时候，导入需要的符号表就能调试coredump文件了。
    这次我直接生成了release版本的test了，然后用eu-strip将

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# gcc -o test test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 20
 drwxr-xr-x  2 root root 4096 3月 16 17:12 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root 4096 3月 16 14:07 ../
 -rwxr-xr-x  1 root root 7271 3月 16 17:12 test*
 -rw-r--r--  1 root root  361 3月 16 15:53 test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# eu-strip test -f test.sym
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 24
 drwxr-xr-x  2 root root 4096 3月 16 17:13 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root 4096 3月 16 14:07 ../
 -rwxr-xr-x  1 root root 5592 3月 16 17:13 test*
 -rw-r--r--  1 root root  361 3月 16 15:53 test.c
 -rwxr-xr-x  1 root root 3524 3月 16 17:13 test.sym*
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol#

    我们看到生成了test.sym文件，而原始的test文件也变小了，移除了符号表信息。请看下图：
    记性好的同学还记得，用strip之后，是27个section（不算NULL），但是我们用了eu-strip居然多了一个section，定睛一看，原来多一个.gnu_deubg_link.这是啥东东 ：

    原来记录的是符号表的位置。OK ,现在我们试一试，调试coredump的时候，打印堆栈信息的时候，有没有符号表。

 (gdb) bt
 #0 __strlen_ia32 () at ../sysdeps/i386/i686/multiarch/../../i586/strlen.S:99
 #1 0xb761d12e in __GI__IO_fputs (str=0x0, fp=0xb775d980) at iofputs.c:37
 #2 0x0804847d in bar ()
 #3 0x080484b7 in foo ()
 #4 0x080484f4 in main ()
 (gdb)

    Bingo，我们堆栈信息里面有符号表的信息。
   我们进一步思考下，是不是因为符号表文件test.sym在当前目录下所以可以找，我们将符号表换个位置，放入/root下面，看下能否调试：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# mv test.sym /root/
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 216
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 17:39 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r-----  1 root root 200704 3月 16 17:34 core
 -rwxr-xr-x  1 root root   5592 3月 16 17:13 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c

 (gdb) bt
 #0 __strlen_ia32 () at ../sysdeps/i386/i686/multiarch/../../i586/strlen.S:99
 #1 0xb761d12e in __GI__IO_fputs (str=0x0, fp=0xb775d980) at iofputs.c:37
 #2 0x0804847d in ?? ()
 #3 0x080484b7 in ?? ()
 #4 0x080484f4 in ?? ()
 #5 0xb75d04d3 in __libc_start_main (main=0x80484be, argc=1, ubp_av=0xbfb851c4, init=0x8048500, fini=0x8048570, rtld_fini=0xb778d270 <_dl_fini>,
     stack_end=0xbfb851bc) at libc-start.c:226
 #6 0x080483a1 in ?? ()
 (gdb)

    我们发现，gdb找不到符号表。尽管我们有符号表在/root目录下。WHY？我们可以用strace 跟踪下gdb 调试core文件的过程，看下gdb是怎么寻找符号表的。
   

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# strace gdb -c core test >>strace_search_symbol.log 2>&1

    在strace_search_symbol.log中我们发现了下面内容：

 access("/usr/lib/debug/.build-id/0d/5ded87764286512bfa6f6a2c4f9993c0669021.debug", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)

 open("/home/manu/code/c/self/debug_symbol/test.sym", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
 open("/home/manu/code/c/self/debug_symbol/.debug/test.sym", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
 open("/usr/lib/debug//home/manu/code/c/self/debug_symbol/test.sym", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
 open("/usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol/test.sym", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)

    第一行我们暂且不管，我们发现了，gdb尝试在以下路径中寻找符号表：

1. /home/manu/code/c/self/debug_symbol/test.sym
2. /home/manu/code/c/self/debug_symbol/.debug/test.sym
3. /usr/lib/debug//home/manu/code/c/self/debug_symbol/test.sym
4. /usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol/test.sym

   第一条路径和第二条路径 是因为test的.gnu_debuglink里面记录了符号表为test.sym，所以他去找了当前路径下有无test.sym，我们发现，当前路径下的.debug路径也是gdb搜素的对象。这个结论，可以自行验证。

    至于第三四条，则是gdb的默认搜索路径。在公司里面调试的时候，需要将符号表信息放在/usr/lib/debug目录下，我百思不得其解，直到今日方才明白，只是gdb的默认搜索路径，

 (gdb) show debug-file-directory
 The directory where separate debug symbols are searched for is "/usr/lib/debug".
 (gdb)

    以我的这个为例，如果我的可执行程序在/home/manu/code/c/self/debug_sysbol/目录下，gdb会尝试在/usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol/下寻找符号表。我们验证之：

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# mkdir -p /usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol/
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# mv /root/test.sym /usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol/
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll /usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol/
 总用量 12
 drwxr-xr-x 2 root root 4096 3月 16 18:27 ./
 drwxr-xr-x 3 root root 4096 3月 16 15:23 ../
 -rwxr-xr-x 1 root root 3524 3月 16 17:13 test.sym*

    看下gdb打印堆栈信息的时候可以找到符号表：
   

 (gdb) bt
 #0 __strlen_ia32 () at ../sysdeps/i386/i686/multiarch/../../i586/strlen.S:99
 #1 0xb761d12e in __GI__IO_fputs (str=0x0, fp=0xb775d980) at iofputs.c:37
 #2 0x0804847d in bar ()
 #3 0x080484b7 in foo ()
 #4 0x080484f4 in main ()

    当然了，如果我们的符号表既不在当前路径下，又不在/usr/lib/debug/+执行路径下，比如我们刚才放到了/root路径下，我们还可以用命令行 symbol-file告诉gdb符号表的位置。
   

 (gdb) bt
 #0 __strlen_ia32 () at ../sysdeps/i386/i686/multiarch/../../i586/strlen.S:99
 #1 0xb767612e in __GI__IO_fputs (str=0x0, fp=0xb77b6980) at iofputs.c:37
 #2 0x0804847d in ?? ()
 #3 0x080484b7 in ?? ()
 #4 0x080484f4 in ?? ()
 #5 0xb76294d3 in __libc_start_main (main=0x80484be, argc=1, ubp_av=0xbf83bfb4, init=0x8048500, fini=0x8048570, rtld_fini=0xb77e6270 <_dl_fini>,
     stack_end=0xbf83bfac) at libc-start.c:226
 #6 0x080483a1 in ?? ()
 (gdb) symbol-file /root/test.sym
 Load new symbol table from "/root/test.sym"? (y or n) y
 Reading symbols from /root/test.sym...(no debugging symbols found)...done.
 (gdb) bt
 #0 __strlen_ia32 () at ../sysdeps/i386/i686/multiarch/../../i586/strlen.S:99
 #1 0xb767612e in __GI__IO_fputs (str=0x0, fp=0xb77b6980) at iofputs.c:37
 #2 0x0804847d in bar ()
 #3 0x080484b7 in foo ()
 #4 0x080484f4 in main ()

    第二种方法： objcopy
   

 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# rm core test
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 256
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 19:14 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r--r--  1 root root 248743 3月 16 18:06 strace_search_symbol.log
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# gcc -o test test.c
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# objcopy --only-keep-debug test test.debug
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# strip test
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 268
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 19:15 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r--r--  1 root root 248743 3月 16 18:06 strace_search_symbol.log
 -rwxr-xr-x  1 root root   5520 3月 16 19:15 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c
 -rwxr-xr-x 1 root root 3579 3月 16 19:14 test.debug*
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# objcopy --add-
 --add-gnu-debuglink --add-section
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# objcopy --add-gnu-debuglink=test.debug test
 root@manu:~/code/c/self/debug_symbol# ll
 总用量 268
 drwxr-xr-x  2 root root   4096 3月 16 19:15 ./
 drwxr-xr-x 31 manu root   4096 3月 16 14:07 ../
 -rw-r--r--  1 root root 248743 3月 16 18:06 strace_search_symbol.log
 -rwxr-xr-x  1 root root   5592 3月 16 19:15 test*
 -rw-r--r--  1 root root    361 3月 16 15:53 test.c
 -rwxr-xr-x  1 root root   3579 3月 16 19:14 test.debug*

   我们生成了test.debug和用eu-strip生成的test.sym一样，放在当前目录下，或者放在/usr/lib/debug/home/manu/code/c/self/debug_symbol，都可以使用test.debug获取到符号表。

   另外说一句，这两种方法，我发现都只能将符号表信息放到 当前路径和默认路径/usr/lib/debug下对应的路径，放到其他路径下会找不到。eu-strip -f选项和objcopy --only-keep-debug制定其他路径都没有用。感兴趣的筒子可以自己验证下。
       我制作了pdf格式的文档，需要的可以自行下载：
strip，eu-strip及符号表.pdf

参考文献：
1 Separate debug info
2 Split debugging info -- symbols