Linux 内核模块符号信息以及strip命令

前言

最近学习了Linux内核模块的符号信息和 strip 命令，总结一下。

一、strip

1.1 GNU Binutils

GNU Binutils 是二进制工具的集合。 主要有：

ld - the GNU linker.
as - the GNU assembler.

其他常用的一些工具：

ar - A utility for creating, modifying and extracting from archives.
nm - Lists symbols from object files.
objcopy - Copies and translates object files.
objdump - Displays information from object files.
readelf - Displays information from any ELF format object file.
size - Lists the section sizes of an object or archive file.
strings - Lists printable strings from files.
strip - Discards symbols.
......

binutils 已被移植到大多数主要的 Unix variants 中，是为GNU系统(以及GNU/Linux)提供编译和链接程序的工具。

本文主要介绍strip命令的使用。

1.2 strip

（1）

strip - Discard symbols from object files.

Discard 目标文件 objfile 中的符号。

（2）

 -s
 --strip-all
      Remove all symbols.

 -g
 -S
 -d
 --strip-debug
     Remove debugging symbols only.

（3）

 --info
     Display a list showing all architectures and object formats available.

二、使用步骤

1.1 demo

我以一个简单的内核模块为例子：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

//内核模块初始化函数
static int __init hello_init(void)
{
    
    
	printk(KERN_EMERG "Hello World\n");
	return 0;
}

//内核模块退出函数
static void __exit hello_exit(void)
{
    
    
	printk(KERN_DEBUG "exit\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

编译出来的内核模块：

可以看出内核模块带有debug_info信息，所以导致文件大小比较大。

readelf -S helloworld.ko 

有很多带debug的Section。

1.2 strip --strip-debug

我用 strip --strip-debug 命令去除内核模块的调试信息：

strip --strip-debug helloworld.ko

可见调试信息没有了，内核模块一下小了很多。

readelf -S helloworld.ko

没有带有debug的Section。

依然能够正常使用内核模块：

1.3 符号信息

1.3.1 查看模块的符号信息

readelf -s helloworld.ko
-s
  --symbols
   --syms
       Displays the entries in symbol table section of the file, if it has one.

nm helloworld.ko 

1.3.2 符号表

（1）
symtab 保存了二进制文件的符号表，符号表保存了查找程序符号、为符合赋值，重定位符号所需要的全部信息。有一个专门的section来保存符号表。符号表表项的格式由下列数据结构表示：

/* Symbol table entry.  */

typedef struct
{
    
    
  Elf64_Word	st_name;		/* Symbol name (string tbl index) */
  unsigned char	st_info;		/* Symbol type and binding */
  unsigned char st_other;		/* Symbol visibility */
  Elf64_Section	st_shndx;		/* Section index */
  Elf64_Addr	st_value;		/* Symbol value */
  Elf64_Xword	st_size;		/* Symbol size */
} Elf64_Sym;

符号的主要任务是将一个字符串和一个值关联起来。

（2）
一个符号的确切用途由st_info定义，由两部分组成：Symbol type 和 Symbol binding。

/* How to extract and insert information held in the st_info field.  */

#define ELF32_ST_BIND(val)		(((unsigned char) (val)) >> 4)
#define ELF32_ST_TYPE(val)		((val) & 0xf)
#define ELF32_ST_INFO(bind, type)	(((bind) << 4) + ((type) & 0xf))

/* Both Elf32_Sym and Elf64_Sym use the same one-byte st_info field.  */
#define ELF64_ST_BIND(val)		ELF32_ST_BIND (val)
#define ELF64_ST_TYPE(val)		ELF32_ST_TYPE (val)
#define ELF64_ST_INFO(bind, type)	ELF32_ST_INFO ((bind), (type))

（3）
Symbol type：

/* Legal values for ST_TYPE subfield of st_info (symbol type).  */

#define STT_NOTYPE	0		/* Symbol type is unspecified */
#define STT_OBJECT	1		/* Symbol is a data object */
#define STT_FUNC	2		/* Symbol is a code object */
#define STT_SECTION	3		/* Symbol associated with a section */
#define STT_FILE	4		/* Symbol's name is file name */
#define STT_COMMON	5		/* Symbol is a common data object */
#define STT_TLS		6		/* Symbol is thread-local data object*/
#define	STT_NUM		7		/* Number of defined types.  */
#define STT_LOOS	10		/* Start of OS-specific */
#define STT_GNU_IFUNC	10		/* Symbol is indirect code object */
#define STT_HIOS	12		/* End of OS-specific */
#define STT_LOPROC	13		/* Start of processor-specific */
#define STT_HIPROC	15		/* End of processor-specific */

主要说明三个：
STT_NOTYPE：表示符号的类型未指定，用于未定义引用。
STT_OBJECT：表示符号关联到一个数据对象，比如变量、数组或指针。
STT_FUNC：表示符号关联到一个代码对象，比如函数或过程。

（4）
Symbol binding：

/* Legal values for ST_BIND subfield of st_info (symbol binding).  */

#define STB_LOCAL	0		/* Local symbol */
#define STB_GLOBAL	1		/* Global symbol */
#define STB_WEAK	2		/* Weak symbol */
#define	STB_NUM		3		/* Number of defined types.  */
#define STB_LOOS	10		/* Start of OS-specific */
#define STB_GNU_UNIQUE	10		/* Unique symbol.  */
#define STB_HIOS	12		/* End of OS-specific */
#define STB_LOPROC	13		/* Start of processor-specific */
#define STB_HIPROC	15		/* End of processor-specific */

主要说明三个：
STB_LOCAL：局部符号，只在目标文件内部可见，在与其它程序的其它部分合并时，是不可见的。如果一个程序的几个目标文件都定义相同的符号名，也不会有问题。局部符号互不干扰。

STB_GLOBAL：全局符号，在定义的目标文件内部可见，也可以由构成的其他目标文件引用。每个全局符号在一个程序内部都只能定义一次，否则链接器将报告错误。
指向符号的未定义引用，将在重定位期间确定相关符号的位置。如果对全局符号的未定义引用无法解决，则拒绝程序执行或静态绑定。

STB_WEAK：整个程序内可见，但可以有多个定义。如果程序中一个全局符号和一个局部符号名字相同，全局符号优先处理。
即使一个弱符号未定义，程序也可以静态或动态链接，并将符号指定为0值。

1.3.3 strip -s

strip -s helloworld.ko

去除模块的所有符号：

二进制模块的符号信息全部被strip，如下所示：

去除所有模块后，内核模块不能正常加载：

总结

本文是内核模块符号表的一些内容以及strip命令的使用。

参考资料

深入Linux内核架构
https://www.gnu.org/software/binutils/