除了原始机器指令之外，可执行文件中还有什么？

Question

我正在寻求了解低级计算。我注意到我编译的二进制文件比我认为的要大得多。所以我尝试构建没有任何标准库代码的最小可能的 c 程序，如下所示：

void _start()
{
    while(1) {};
}

gcc -nostdlib -o minimal minimal.c

当我反汇编二进制文件时，它准确地显示了我所期望的，即三行汇编中的确切代码。

$ objdump -d minimal

minimal:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000001000 <_start>:
    1000:   55                      push   %rbp
    1001:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    1004:   eb fe                   jmp    1004 <_start+0x4>

但我的实际可执行文件的大小仍然是 13856 字节。是什么，让它变得如此之大？该文件中还有什么？ OS 是否需要超过这 6 字节的机器码？

编辑#1： size 的输出是：

$ size -A minimal
minimal  :
section              size    addr
.interp                28     680
.note.gnu.build-id     36     708
.gnu.hash              28     744
.dynsym                24     776
.dynstr                 1     800
.text                   6    4096
.eh_frame_hdr          20    8192
.eh_frame              52    8216
.dynamic              208   16176
.comment               18       0
Total                 421

Answer 1

有许多不同的可执行文件格式。 .com、.exe、.elf、.coff、a.out 等。理想情况下，它们包含机器代码和其他部分（.text（代码）、.data、.bss、.rodata 和 pos其他人，名称取决于工具链）加上它们包含调试信息。请注意您的反汇编是如何显示标签 _start 的？这是一个字符串和其他信息，以便能够将该字符串连接到地址以进行调试。 objdump 的输出也显示你正在使用一个 elf 文件，你可以很容易地查看文件格式，并且可以自己编写程序来解析文件，或者尝试使用 readelf 和其他工具来查看其中的内容（高水平不是原始的）。

在通常（不总是，但想想 pc）程序被加载到 ram 中然后运行的操作系统上，因此您希望首先和 foremost 一个文件操作系统支持的格式，它们没有理由支持多种格式，但它们可能会支持。它 os/system 依赖于设计，但 os 可能设计为不仅加载代码，而且 load/initialize 数据（.data、.bss）。启动时说一个 mcu 你需要将数据嵌入到二进制 blob 中，应用程序本身将数据从闪存复制到 ram，但是在 os 中不一定需要，但为了做到这一点你需要一种可以区分部分、目标位置和大小的文件格式。这意味着文件中有额外的字节来定义它和文件格式。

一个二进制文件包含 bootstrap 代码，然后才能进入 C 生成的代码，这取决于系统，取决于 C 库（multiple/many C 库可以在计算机上使用并且 bootstrap 通常特定于 C 库，而不是目标，也不是操作系统，不是编译器的东西），所以文件的一部分是 bootstrap 代码，当你的主程序非常小的时候很多文件大小都是开销。

例如，您可以使用 strip 删除一些符号和其他 non-essential 项目来缩小文件，这样文件大小应该会变小，但 objdump 反汇编将没有标签，对于在 x86 的情况下，一个充其量难以反汇编的可变长度指令集变得更加困难，因此带或不带标签的输出可能无法反映实际指令，但如果没有标签，gnu 反汇编器不会在标签和会使输出更差。

Answer 2

现代编译器和 linker 并没有真正针对在 full-scale 平台上生成 ultra-small 代码进行优化。不是因为工作难，而是因为通常没有必要。编译器或 linker 不一定会添加额外的代码（尽管它可能会），而是它不会努力将您的数据和代码打包成尽可能小的 space。

在您的情况下，我注意到您使用的是动态 linking，尽管实际上没有任何 linked。使用“-static”将减少大约 8kB。 "-s" (strip) 会去掉更多一点。

我不知道是否有可能用 gcc 制作一个真正最小的 ELF executable。在您的情况下，这应该是大约 400 个字节，几乎所有这些都是各种 ELF headers、部分 table 等

我不知道我是否可以 link 我自己的网站（如果不允许，我相信有人会纠正我的错误），但我有一篇关于制作小型 ELF 执行程序的文章table 通过从头开始构建二进制文件：

http://kevinboone.me/elfdemo.html

Answer 3

如果您使用 clang 10.0 和 lld 10.0 并删除不必要的部分，您可以将 64 位静态链接可执行文件的大小减少到 800 字节以下。

$ cat minimal.c
void _start(void)
{
    int i = 0;

    while (i < 11) {
       i++;
    }

    asm( "int [=10=]x80" :: "a"(1), "b"(i) );
}

$ clang -static -nostdlib -flto -fuse-ld=lld -o minimal minimal.c
$ ls -l minimal
-rwxrwxr-x 1 fpm fpm 1376 Sep  4 17:38 minimal

$ readelf --string-dump .comment minimal
String dump of section '.comment':
  [     0]  Linker: LLD 10.0.0
  [    13]  clang version 10.0.0 (Fedora 10.0.0-2.fc32)

$ readelf -W --section-headers minimal
There are 9 section headers, starting at offset 0x320:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Address          Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            0000000000000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .note.gnu.build-id NOTE            0000000000200190 000190 000018 00   A  0   0  4
  [ 2] .eh_frame_hdr     PROGBITS        00000000002001a8 0001a8 000014 00   A  0   0  4
  [ 3] .eh_frame         PROGBITS        00000000002001c0 0001c0 00003c 00   A  0   0  8
  [ 4] .text             PROGBITS        0000000000201200 000200 00002a 00  AX  0   0 16
  [ 5] .comment          PROGBITS        0000000000000000 00022a 000040 01  MS  0   0  1
  [ 6] .symtab           SYMTAB          0000000000000000 000270 000048 18      8   2  8
  [ 7] .shstrtab         STRTAB          0000000000000000 0002b8 000055 00      0   0  1
  [ 8] .strtab           STRTAB          0000000000000000 00030d 000012 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
  L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
  C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
  l (large), p (processor specific)

$ strip -R .eh_frame_hdr -R .eh_frame minimal
$ strip -R .comment -R .note.gnu.build-id minimal
strip: minimal: warning: empty loadable segment detected at vaddr=0x200000, is this intentional?

$ readelf -W --section-headers minimal
There are 3 section headers, starting at offset 0x240:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Address          Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            0000000000000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .text             PROGBITS        0000000000201200 000200 00002a 00  AX  0   0 16
  [ 2] .shstrtab         STRTAB          0000000000000000 00022a 000011 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
  L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
  C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
  l (large), p (processor specific)

$ ll minimal
-rwxrwxr-x 1 fpm fpm 768 Sep  4 17:45 minimal

除了原始机器指令之外，可执行文件中还有什么？

What is in an executable besides the raw machine instructions?

c

assembly

executable

gcc