程序减肥三步走

xiaoxiaota

对于设计嵌入式Linux系统的研发人员来说，有一个问题是必须要考虑到的，那就是存储器的空间。
我们知道嵌入式Linux系统所用的存储器不是软磁盘、硬盘、ZIP盘、CD-ROM、DVD这些众所周知的大容量常规存储器，它使用的是例如Rom, CompactFlash，M-Systems的DiskOnChip，SONY的MemoryStick，IBM 的MicroDrive等体积极小,与主板上的BIOS大小相近，存储容量很小的存储器。所以怎样尽可能的节省空间就显的很重要。
    嵌入式系统的存储器中放置的无非是内核，文件系统，软件，以及自己开发的程序。本文就从程序入手，以一个非常简单的C程序来作为例子，通过三步来让它减肥。
Hello.c:
#include
int main ()
{
   printf ("hello,world");
   return 0;
}
我们先用正常的编译方法来编译，看看生成的程序的大小是多少
#gcc –o hello hello.c
#ls –l hello
-rwxr-xr-x 1 root root 11542 Nov 13 20:07 hello
从结果可以看到正常编译后的程序大小是11542Byte, 现在开始我们的三步减肥，看看到底效果如何。
步骤一：用gcc 的代码优化参数
    代码优化指的是编译器通过分析源代码，找出其中尚未达到最优的部分，然后对其重新进行组合，目的是改善程序的执行性能。GCC提供的代码优化功能非常强大， 它通过编译选项-On来控制优化代码的生成，其中n是一个代表优化级别的整数。对于不同版本的GCC来讲，n的取值范围及其对应的优化效果可能并不完全相同，比较典型的范围是从0变化到2或3。
    编译时使用选项-O可以告诉GCC同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价于-O1。在这一级别上能够进行的优化类型虽然取决于目标处理器，但一般都会包括线程跳转（Thread Jump）和延迟退栈（Deferred Stack Pops）两种优化。选项-O2告诉GCC除了完成所有-O1级别的优化之外，同时还要进行一些额外的调整工作，如处理器指令调度等。选项-O3则除了完 成所有-O2级别的优化之外，还包括循环展开和其它一些与处理器特性相关的优化工作。通常来说，数字越大优化的等级越高，同时也就意味着程序的运行速度越 快。许多Linux程序员都喜欢使用-O2选项，因为它在优化长度、编译时间和代码大小之间，取得了一个比较理想的平衡点。
#gcc –O2 –o hello hello.c
#ls –l hello
-rwxr-xr-x 1 root root 11534 Nov 13 20:09 hello
    优化过的程序的大小是11534Byte,比正常编译的结果11542Byte似乎没有小多少，不过不用着急，这才是第一步。我们接着往下进行。
步骤二：用strip 命令
    我们知道二进制的程序中包含了大量的符号信息(symbol table)，有一部分是用来为gdb除错提供必要帮助的。可以通过readelf –S查看到这些符号信息。
#readelf -S hello
Section Headers:
[Nr] Name Type
[ 0] NULL
[ 1] .interp PROGBITS
[ 2] .note.ABI-tag NOTE
[ 3] .hash HASH
[ 4] .dynsym DYNSYM
[ 5] .dynstr STRTAB
[ 6] .gnu.version VERSYM
[ 7] .gnu.version_r VERNEED
[ 8] .rel.dyn REL
[ 9] .rel.plt REL
[10] .init PROGBITS
[11] .plt PROGBITS
[12] .text PROGBITS
[13] .fini PROGBITS
[14] .rodata PROGBITS
[15] .eh_frame. PROGBITS
[16] .data PROGBITS
[17] .dynamic DYNAMIC
[18] .ctors PROGBITS
[19] .dtors PROGBITS
[20] .jcr PROGBITS
[21] .got PROGBITS
[22] .bss NOBITS
[23] .comment PROGBITS
[24] .debug_aranges PROGBITS
[25] .debug_pubnames PROGBITS
[26] .debug_info PROGBITS
[27] .debug_abbrev PROGBITS
[28] .debug_line PROGBITS
[29] .debug_frame. PROGBITS
[30] .debug_str PROGBITS
[31] .shstrtab STRTAB
[32] .symtab SYMTAB
[33] .strtab STRTAB
    类似于.debug_xxxx的就是用来gdb除错的。去掉它们不但不会影响程序的执行还可以减小程序的size。这里我们通过strip命令拿掉它们。
#strip hello
#ls –l hello
-rwxr-xr-x 1 root root 2776 Nov 13 20:11 hello
程序立刻变成2776Byte了，效果不错吧。让我们再接再厉,进行最后一步。
步骤三：用objcopy 命令
    上一步的strip命令只能拿掉一般symbol table，有些信息还是没拿掉，而这些信息对于程序的最终执行是没有什幺影响的。如:.comment; .note.ABI-tag; .gnu.version就是完全可以去掉的。所以说程序还有简化的余地，我们可以使用objcopy命令把它们抽取掉。
#objcopy –R .comment –R .note.ABI-tag –R .gnu.version hello hello1
#ls –l hello1
-rwxr-xr-x 1 root root 2316 Nov 13 20:23 hello1
    到这一步，程序的减肥就完成了，我们可以看到程序由正常编译的11542Byte 一下子渐少到2316Byte,效果非常明显。
小结
    程序容量的减小无疑对嵌入式Linux系统的设计有着重要的意义，它为我们节省了大量空间，使得我们可以利用这部分空间来完善我们的系统,比如加大内核等等,毕竟这才是我们最终的目的。