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在Linux操作系統(tǒng)中，程序開發(fā)者通常需要處理的一個重要問題是符號表的生成。符號表是一個文件，其中包含了編譯后程序的所有符號名稱及其地址。它為調(diào)試和性能分析工具提供了非常重要的支持。本文將介紹符號表的生成過程和相關(guān)工具。
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生成符號表的過程
生成符號表的過程可分為兩個步驟：編譯和鏈接。
在編譯階段，編譯器將源代碼轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼。每個源文件都生成一個二進(jìn)制文件，其中包含由程序員定義的變量和函數(shù)的定義和實(shí)現(xiàn)。在這個過程中，編譯器將每個符號分配一個地址，并將名稱和地址打包在目標(biāo)代碼中。
在鏈接階段，鏈接器將目標(biāo)文件匯集在一起，生成最終的可執(zhí)行文件或共享庫。鏈接器將添加額外的符號信息到符號表中，如函數(shù)和變量等，在程序運(yùn)行時可以在代碼中訪問它們。
在Linux中，可以使用GNU工具集（如GCC和ld）用于編譯和鏈接代碼，并生成符號表。編譯參數(shù)（如-g）和鏈接器參數(shù)（如–export-dynamic）可以控制生成的符號表的其他細(xì)節(jié)。
使用符號表進(jìn)行調(diào)試
符號表對于調(diào)試非常有用。它包含了所有函數(shù)和變量的名稱和地址，使得調(diào)試器可以在程序崩潰時準(zhǔn)確地確定問題所在。
通常，程序員在使用調(diào)試器時會加載符號表。如果符號表不可用，調(diào)試器將無法進(jìn)行正確的源代碼級別的調(diào)試，并將只能看到匯編級別的代碼。使用-fno-omit-frame-pointer編譯參數(shù)可以確保調(diào)試器能夠在程序崩潰時完整地重構(gòu)調(diào)用堆棧。
使用符號表進(jìn)行性能分析
符號表還可以用于性能分析。在Linux中，常用的性能分析工具如strace、gdb、perf和systemtap。這些性能分析工具可以使用符號表精確地測量代碼時間分布、函數(shù)調(diào)用次數(shù)、內(nèi)存使用等。例如，perf可以使用符號表分析函數(shù)內(nèi)部的時間分布，幫助開發(fā)者找到程序中性能瓶頸的原因。
針對共享庫的符號表
共享庫是Linux程序中常用的一種組件形式，相對于靜態(tài)庫更加靈活。它允許不同的進(jìn)程共享相同的庫文件，從而減少系統(tǒng)資源的占用。共享庫的符號表與靜態(tài)庫的符號表是不同的。它們需要包含與靜態(tài)庫不同的附加信息，以便在庫文件被加載到內(nèi)存中后仍然能夠訪問。
gcc編譯參數(shù)-shared和-Wl,-soname參數(shù)可以控制共享庫的生成。同時，gcc也提供了其他的編譯參數(shù)，如-fvisibility、-fvisibility-inlines-hidden和–version-script等。這些參數(shù)可以控制、限制共享庫中符號的使用，從而確保更好的應(yīng)用程序穩(wěn)定性和安全性。
結(jié)語
符號表是Linux程序開發(fā)中一個重要但容易忽略的領(lǐng)域。在調(diào)試和性能優(yōu)化過程中，生成和使用符號表是必不可少的技能。雖然這篇文章不能詳盡地討論每個工具、編譯選項(xiàng)或鏈接器參數(shù)或是每個共享庫的所有選項(xiàng)，但一下要點(diǎn)還是在于了解符號表的作用、生成符號表的方式以及使用符號表進(jìn)行性能優(yōu)化和調(diào)試的途徑。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- Linux Kernel Makefiles介紹
Linux Kernel Makefiles介紹
本文介紹 Linux 內(nèi)核 Makefiles 的一些基礎(chǔ)內(nèi)容。
Makefiles 包括：
Linux 內(nèi)核頂層的 Makefile 文件遞歸訪問內(nèi)核源代碼的子目錄。
每個子目錄都有一個 kbuild Makefile 文件，根據(jù) .config 文件內(nèi)容構(gòu)建內(nèi)置或模塊化目標(biāo)。
arch/$（ARCH）/Makefile 文件向頂層 Makefile 提供特指定的體系結(jié)構(gòu)信息。
scripts/Makefile.* 文件定義了 kbuild Makefile 構(gòu)建內(nèi)核的所有定義和規(guī)則等。
Linux 內(nèi)核編譯完成后，最終生成 vmlinux 和 modules 。
Linux 內(nèi)核中的大多數(shù) Makefile 都使用 kbuild 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， kbuild 文件的首選名稱是 Makefile 。如果 Makefile 和 kbuild 文件都存在，則使用 kbuild 文件。
目標(biāo)定義是 kbuild Makefile 里的核心部分，定義了要構(gòu)建的文件、特殊的編譯選項(xiàng)和遞歸輸入的任何子目錄。
例：
kbuild Makefile 將編譯所有 $（obj-y） 文件，然后調(diào)用 $（AR）rcSTP 將這些文件合并到 built-in.a 文件中。
built-in.a 中不包括符號表，稍后將通過 scripts/link-vmlinux.sh 腳本鏈接到 vmlinux 文件中。
在 Linux 內(nèi)核引導(dǎo)期間，將按照鏈接順序調(diào)用某些函數(shù)（例： module_init（） 等）。
參考：
Documentation/kbuild/makefiles.txt
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