Cycle de vie d un programme

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1 Cycle de vie d un programme Ensimag 1A - Préparation au Projet C Année scolaire Les objectifs de cette séance sont : de comprendre les différentes étapes de la chaîne de compilation d un programme ; d écrire un Makefile gérant la totalité de la chaîne de compilation ; d introduire la notion de fichier binaire relogeable, en lien avec les symboles d un programme. 1 Chaîne de compilation Un programme exécutable est obtenu en plusieurs étapes à partir d un ou plusieurs fichiers sources. Chacun de ces fichiers sources décrit l un des modules du programme dans un langage de programmation donné : langage de haut niveau (Ada, C, etc.) ou langage d assemblage. Chaque étape de la génération d un programme exécutable est réalisée par un des outils de la suite de compilation GCC (GNU Compilation Collection). Il est aussi possible d utiliser directement les outils sous-jacents, regroupés dans la suite binutils, dont les plus importants sont l assembleur as et l éditeur de liens ld. Quelques exemples : traduction du C vers le langage d assemblage : gcc -S hw.c -o hw.s compilation directe d un fichier : gcc -c m1.c -o m1.o assemblage : as m1.s -o m1.o édition de liens (fusion) : ld -r m1.o m2.o -o objunique.o édition de liens (implantation) : ld objunique.o -o prog édition de liens en une seule étape : ld m1.o m2.o -o prog La figure 1 résume les différentes étapes de la chaîne de compilation, en rappelant les outils utilisés. 2 Exemple étudié Trois fichiers très simples seront étudiés : hw.h, hw.c et main.c : 1

2 m1.c compilation gcc -c m1.o EDITION DE LIENS preprocessing gcc -E fusion ld -t -o progrel.o \ m1.o m2.o m3.o implantation ld progrel.o -o prog traduction gcc -S m1.i assemblage gcc -c ou as progrel.o prog m1.s chargement librairies m2.s m2.o lib dynamiques image mémoire m3.c m3.o COMPILATION données exécution résultats FIG. 1 Chaîne de compilation d un programme 2

3 # ifndef _HW_H # define _HW_H void hello_world ( ) ; i n t nb_universel ( ) ; # endif # include < s t d i o. h> # include <math. h> char h e l l o [ ] = " Hello world!\n" ; s t a t i c i n t val = 4 2 ; void hello_world ( ) p r i n t f ( " chaine : %s ", h e l l o ) ; p r i n t f ( " adresse de l a chaine : %p\n", h e l l o ) ; i n t nb_universel ( ) return s q r t ( val val ) ; # include < s t d i o. h> # include "hw. h" i n t main ( ) hello_world ( ) ; p r i n t f ( " Valeur u n i v e r s e l l e = %d\n", nb_universel ( ) ) ; p r i n t f ( "\ntaper une touche pour terminer\n" ) ; getchar ( ) ; return 1 ; Question : Makefile Ecrire un fichier Makefile 1 permettant de générer le programme executable prog) partir de ces fichiers source, mais aussi tous les fichiers intermédiaires du cycle de vie (.s,.o,...). Dans un premier temps, écrire explicitement les cibles, dépendances et actions à réaliser. 1 Plusieurs liens sont disponibles sur ensiwiki. En particulier, la page ~ryl/ens/doc/make.html est amplement suffisante pour cet exercice. N oubliez pas de remercier son auteur! 3

4 3 Symboles Un programme en langage d assemblage (et à plus forte raison un programme en langage de haut niveau) ne manipule jamais ou très rarement des adresses directement. Ces dernières sont représentées sous forme symbolique au moyen de noms. Ce sont les noms de variables ou de sous-programmes dans un programme en langage de haut niveau, et ce sont les étiquettes dans un programme en langage d assemblage. Chacun de ces noms est associé à une adresse, et on appelle symbole cette association. Plusieurs outils (du package binutils) permettent d étudier les symboles d un fichier binaire, par exemple nm, readelf -s ou objdump -t. Les lancer au moins une fois sur un des fichiers pour comprendre les informations affichées. Questions : quelles sont les propriétés importantes d un symbole? étudier ces informations pour les symboles principaux (fonctions et variables des fichiers étudiés) : dans les fichiers hw.o et main.o dans le fichier progrel.o dans le fichier prog en conclusion, spécifier les états des symboles aux différents niveaux du cycle de vie : après l assemblage, l édition de lien (fusion) puis le chargement (fichier exécutable). 4 Notion de relocation Les outils outils readelf et objdump, avec l option -r permettent d étudier les informations de relocation d un fichier binaire. En plus de la lecture des propriétés d un fichier, l outil objdump permet aussi de désassembler le fichier, c est-à-dire retrouver les instructions en langage assembleur, sous forme "textuelle", à partir de leur codage binaire. L option -d permet de désassembler la section d instructions.text. L option -D permet en plus de voir le contenu de la section de données initialisées.data. Questions : que représente une table de relocation dans un fichier binaire? quelles sont les principales propriétés d une entrée de relocation (ligne de table)? quel(s) fichier(s) du cycle de vie sont susceptibles de comporter des informations de relocation? le contenu des sections.text et.data est-t-il le même dans les fichiers dits relogeables et dans le programme exécutable? Etudiez en particulier l appel à la fontion hello_world, depuis le programme principal, dans les fichiers main.o, progrel.o et prog. 4

5 expliquer ceci, et conclure sur la notion de fichier relogeable. 5 Adresses absolues? Lancer simultanément (dans différentes consoles) plusieurs exécution du programme prog : l adresse de la chaine de caractère hello est toujours identique! Modifier le programme pour modifier dynamiquement la valeur de la chaine de caractères. Les autres programmes seront-ils affectés? Pourquoi? Que représentent donc les adresses indiquées par rapport à la mémoire physique? 5

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