GCC

C / C++ 언어를 컴파일 해 주는 도구이다. 리눅스에서는 apt 명령으로 설치 가능하며, 윈도우에서는 Mingw을 이용하여 설치 가능하다. gcc는 컴파일러를 포함한 패키지일 뿐, 내부적인 컴파일러는 따로 있다. (cc1 등)

GCC 컴파일 동작 순서

gcc main.c 파일을 동작시키면 main.c파일을 컴파일하여 실행파일인 a.out 파일을 생성하게 된다.
하지만 내부적으로는 아래와 같은 과정을 거치게 된다.

  1. 전처리 : c언어로 구현된 .c 파일을 전처리가 완료된 .i 파일로 변환한다.
    gcc -E main.c -o a.i : main.c 파일을 a.i 파일로 전처리
  2. 컴파일 : 전처리된 .i 파일을 어셈블리어로 변환
    gcc -S a.i -o a.s : a.i 파일을 a.s 어셈블리어로 어셈블
  3. 어셈블: 각 벤더들이 만든 어셈블리어를 목적파일로 변환(어셈블리 언어를 기계어로 변환) gcc -c a.s -o a.o : 어셈블리 파일을 목적 파일 EOL(Executable Linux File)로 변환. 하지만 바로 실행할 수는 없다.
  • file a.o 명령어를 입력 해 보면 “LSB relocatable” 이라고 표시된다. 즉, 재배치 가능하다는 의미로, 실행 할 수 있는 상태는 아니라는 뜻이다.
  1. 링킹: 목적파일에서 참조하는 다른 목적파일들을 linking하여 최종 실행파일을 생성한다.
    gcc a.o -o out : a.o 목적파일로 실행 가능한 파일을 생성한다.
  • file out 명령어를 입력 해 보면 “LBS executable” 라고 출력된다.
  • gcc -v --save-temps -o out : 위 전체 과정을 실행하며 중간 생성물을 남기고, 실행 결과도 출력
  • 리눅스에서 ldd 명령으로 링킹시 라이브러리 의존성을 확인할 수 있다.
  • ASLR을 지원하는 커널의 경우, -no-pie 옵션을 넣으면 PIE( position independent executable) 영역을 생성하지 않아 ASLR 기능을 끌 수 있다.

라이브러리

  • 헤더파일에서 include를 하여 사용할 수 있는 목적파일을 라이브러리라고 칭한다.
    • 라이브러리는 링킹을 통해 프로그램에 포함되며, 링킹 방식에 따라 ‘정적 라이브러리’와 ‘동적 라이브러리’로 분류된다.
    • 정적 라이브러리는 정적 링킹에 의해 생성되며, 라이브러리가 코드의 object 파일이 자체에 포함되는 형태이다.
      • 정적 라이브러리는 파일의 크기가 커지고, 라이브러리 버전 변경시 파일이 매번 변경되어야 하는 단점이 있다.
      • gcc -static 와 같이 static 옵션을 넣어 설정 가능하다.
    • 동적 라이브러리는 동적 링킹에 의해 생성되며, 라이브러리 코드의 object 파일이 별도로 존재하고, 링커가 라이브러리 코드의 주소를 사용자의 코드와 연결시켜주는 형태이다.
      • 빌드시 별도 옵션을 넣지 않으면 dynamic linking 으로 동작한다.
      • 동적 할당을 수행하면 각 프로세스는 외부 라이브러리 코드의 함수를 PLT(Procedure Linkage Table) 와 GOT(Global Offsets Table)를 통해 접근하게 된다.
  • C에서 라이브러리 파일은 lib 으로 시작하는 규칙을 지니며 .a 확장자를 가진다
  • gcc -c CFILE.c -o OBJ.o 명령으로 OBJ.o 목적파일을 생성했다면, ar rcv libmylib.a OBJ.o 명령으로 libmylib.a라는 사용자 정의 라이브러리/정적 라이브러리를 생성 가능하다.
  • ar t libmylib.a 로 라이브러리가 가리키는 파일을 검색하면 OBJ.j 파일을 확인할 수 있다.
  • 라이브러리를 함께 컴파일 할 때 gcc main.c libmylib.a 와 같이 컴파일 할 수도 있지만, 라이브러리를 제대로 활용하는 방법은 gcc main.c -lmylib 와 같이 -l 옵션을 이용한다.

    정적 라이브러리 이름에서 앞쪽의 lib 부분과 뒤쪽의 .a 부분을 제외한 부분이 라이브러리 이름이다. 위 예시에서는 mylib이 라이브러리 이름이다.

  • 리눅스에서 ldd 명령으로 링킹시 라이브러리 의존성을 확인할 수 있다.
  • gcc는 소스코드 컴파일 시 표준 라이브러리의 파일들을 모두 탐색하도록 되어있다.
    • ld --verbose | grep SEARCH_DIR | tr -s ' ;' '\n' 명령어로 확인하면 포함시킨 경로를 확인할 수 있다.
    • SEARCH_DIR("=/usr/local/lib/x86_64-linux-gnu")
    • SEARCH_DIR("=/lib/x86_64-linux-gnu")
    • SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu")
    • SEARCH_DIR("=/usr/lib/x86_64-linux-gnu64")
    • SEARCH_DIR("=/usr/local/lib64")
    • SEARCH_DIR("=/lib64")
    • SEARCH_DIR("=/usr/lib64")
    • SEARCH_DIR("=/usr/local/lib")
    • SEARCH_DIR("=/lib")
    • SEARCH_DIR("=/usr/lib")
    • SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib64")
    • SEARCH_DIR("=/usr/x86_64-linux-gnu/lib")

동적 라이브러리 참조

  • 동적 링크를 적용한 경우, 프로그램 실행 전 linux 환경변수를 세팅하여 라이브러리 참조 위치를 설정 할 수 있다.
  • export LD_PRELOAD=$(realpath {라이브러리_파일}) : “라이브러리_파일” 경로의 라이브러리를 가장 먼저 참조
    • export LD_PRELOAD=$(realpath {파일1}:{파일2}:{파일3}) : 여러 파일들을 LD_PRELOAD 에 추가
  • export LD_LIBRARY_PATH=$(realpath {디렉터리_경로}}) : 특정 디렉터리에서 라이브러리를 찾아 실행하도록 설정
    • export LD_LIBRARY_PATH=$(realpath {디렉터리1}:{디렉터리2}}) : 여러 디렉터리를 LD_LIBRARY_PATH 에 추가

명령어 옵션

  • -o: 생성될 파일의 이름을 설정. (‘SRC.c’ 를 넣으면 결과물은 ‘SRC.o’, ‘SRC.s’ 형태로 나오지만, 실팽파일은 a.out 형태가 된다. 전통적인 unix의 방식)
  • -c: 목적파일 “*.o” 파일 생성
  • -E: 전처리된 “*.i” 파일 생성
  • -S: 어셈블된 “*.s” 파일 생성

아무 옵션도 넣지 않으면 실행 파일을 만드는 것이 기본

  • -g: gdb(GNU debugger) 로 디버깅 할 때, 소스를 보면서 디버깅 할 수 있게 컴파일 하는 옵션. 디버깅 심벌이 들어가면서 소스 크기가 크게 증가한다.
  • -l: 컴파일시 라이브러리를 추가하는 명령어 gcc -l라이브러리이름 형태로 사용한다. (ex: gcc -lmylib 으로 libmylib.a 라이브러리 첨가 가능)
  • -L: 링크할 라이브러리를 찾을 위치를 추가할 수 있다. gcc -L/usr/local/library 와 같이 경로를 추가할 수 있다.

LIBRARY_PATH 환경변수를 참조하도록 되어있으며, LIBRARY_PATH는 일반적으로 /usr/lib 경로를 포함한다.

  • -I: include path를 지정해 주는 옵션. gcc -I. (현재위치 추가 명령)와 같이 특정 위치를 include 하도록 할 수 있다. 이렇게 설정한 경로는 .c 파일에서 include<> 명령으로 라이브러리를 참조할 수 있게 한다.

-I 옵션으로 경로를 지정하지 않으면 include"" 형태로 같은 경로상의 라이브러리를 참조할 수는 있다.

  • -Wall : warning level all, 모든 오류를 출력한다.