Из пустого в порожнее

[vak]

Взялся я поисследовать Си-шный рантайм. Глянуть, что делается в программе до main() и после. Беру пустую программу:

$ cat empty.c 
int main()
{
    // empty
}

Компилирую, причём линкую статически, чтобы избежать сложностей динамического загрузчика:

$ cc -static -Os empty.c -o empty

Глянем размер бинарника. На процессоре x86_64 под Ubuntu получается 667 килобайт:

$ size empty
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
 667574	  23384	  22440	 713398	  ae2b6	empty

На процессоре arm64 выходит чуть получше, 497 килобайт:

$ size empty
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
 497904	  22180	  21616	 541700	  84404	empty

Такие объёмы настораживают. Хорошо, запустим и посчитаем количество выполненных машинных команд. На процессоре x86_64:

$ bintrace -o x86.trace ./empty
$ grep '^0x' x86.trace | wc
 170979 1371361 10303769

На процессоре arm64:

$ bintrace -o arm64.trace ./empty
$ grep '^0x' arm64.trace | wc
  108719  565684 5186654

Ну офигеть просто. Больше ста тысяч команд чтобы просто стартонуть Си-шный код. Неладно что-то в Датском королевстве.

У меня иногда мелькает вопрос, чем занимаются компьютеры, когда мы на них не глядим. Какие-то бесполезные биты на байты множат. 😀

Comments

[juan_gandhi]

Обеспечивают безопасность, небось.

[madef]

Во второй половине девяностых довелось мне принимать участие в одном проектике с embedded software. Тогда оно всё целиком сочинялось на ассемблере. Не удивлюсь, если и сейчас так.

На процессоре x86_64 под Ubuntu получается 667 килобайт

[h1uke]

это у вас Ubuntu новая и компилятор получше. А на 22.04.5 LTS, если из коробки, еще больше:

$ size empty
 text     data    bss    dec      hex   filename
 781207   23240   23016  827463   ca047 empty

gcc version 11.4.0 (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04)

[dedekha]

Ничего удивительного много чего надо подготовить, а для любителей приключений полно способов пользоваться своим собственным. И по нынешним временам это вполне дешево. И на множестве embedded system едет вполне полный bsd или линукс.

[mephi42]

Попробовал посмотреть в профайлере:

$ perf record -e instructions hyperfine --shell=none ./empty
$ perf report --dsos=empty | head -n50
[...]
     6.63%  empty    [.] classify_object_over_fdes
     4.42%  empty    [.] read_encoded_value_with_base
     3.29%  empty    [.] __tunables_init
     0.40%  empty    [.] intel_check_word.constprop.0
     0.24%  empty    [.] __strncmp_avx2
     0.17%  empty    [.] getenv
     0.09%  empty    [.] _dl_non_dynamic_init
     0.08%  empty    [.] _int_malloc
     0.08%  empty    [.] _dl_lookup_symbol_x
[...]

Если правильно понимаю, проценты маленькие, потому что еще выполнялась куча кода в ядре и в hyperfine.

Выходит, что большая часть инструкций занимается обработкой .eh_frame и glibc tunables.

[vlad_m]

Glibc?

[spamsink]

Там же exit(), который всё stdio за собой тащит.

Попробуй добавить в начало

#include <unistd.h>
void exit(int status) { _exit(status); }

[vak]

Она, родимая. Это стандартная Ubuntu.

[vak]

Добавил, но оно больше не работает как раньше.

Segmentation fault

[archaicos]

А если _Exit() из stdlib.h?

[vak]

/usr/bin/ld: /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../aarch64-linux-gnu/libc.a(exit.o): in function `exit':
(.text+0x230): multiple definition of `exit'; /tmp/ccWkVj04.o:empty.c:(.text+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status

И в первом случае тоже так ругается, с _exit.

[spamsink]

Это какое-то безобразие. _exit() - это системный вызов, который должен приводить к безусловному завершению процесса. Интересно, в чём там проблема.

[spamsink]

Это проблемы статической линковки. Если libc.a упомянута явно, то это multiple definition, а если -lc, то вроде не должно.

[vak]

Я понимаю что ты имеешь в виду. Так работал классический юниксный линкер. А тут libc.a упомянута как -lc, но не линкуется.

$ cat empty.c
int main() {}

#include <unistd.h>
void exit(int status) { _exit(status); }

$ cc -static empty.c -v
...
 /usr/libexec/gcc/aarch64-linux-gnu/13/collect2 -plugin /usr/libexec/gcc/aarch64-linux-gnu/13/liblto_plugin.so -plugin-opt=/usr/libexec/gcc/aarch64-linux-gnu/13/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/ccDzVNsd.res -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_eh -plugin-opt=-pass-through=-lc --build-id --hash-style=gnu --as-needed -Bstatic -X -EL -maarch64linux --fix-cortex-a53-843419 -z relro /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../aarch64-linux-gnu/crt1.o /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../aarch64-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/crtbeginT.o -L/usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13 -L/usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../aarch64-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../../lib -L/lib/aarch64-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/aarch64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../.. /tmp/cc1QUvYS.o --start-group -lgcc -lgcc_eh -lc --end-group /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/crtend.o /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../aarch64-linux-gnu/crtn.o
/usr/bin/ld: /usr/lib/gcc/aarch64-linux-gnu/13/../../../aarch64-linux-gnu/libc.a(exit.o): in function `exit':
(.text+0x230): multiple definition of `exit'; /tmp/cc1QUvYS.o:empty.c:(.text+0x8): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status

[h1uke]

вот так получается:

int main()
{
    // empty
}

// Tell the compiler incoming stack alignment is not RSP%16==8 or ESP%16==12
__attribute__((force_align_arg_pointer))
void _start() {

    /* main body of program: call main(), etc */

    /* exit system call */
    asm("movl $1,%eax;"
        "xorl %ebx,%ebx;"
        "int  $0x80"
    );

    main();

    __builtin_unreachable();  // tell the compiler to make sure side effects are done before the asm statement
}

_start(), правда, срисован с 32-битной версии, но это можно потом поправить.

gcc -static -nostdlib -Os empty.c -o empty

$ size empty
   text    data     bss     dec     hex filename
   152     0        0       152     98  empty

полученый бинарник "работает"

[vak]

Так-то получается, да только это же не Си-шная программа уже. Это ассемблерная программа, где весь Си-шный рантайм отрезан.

весь Си-шный рантайм отрезан

[h1uke]

ну, не "весь", а "стандартный". Очень часто именно это и нужно.

P.S. отвечаю не чтобы поспорить, а потому, что в примере вызов main() не там стоит. Позорник ... :)

[spamsink]

Выходит, писать на "голом Си" (алгоритмический язык), вызывая лишь те внешние функции/системные вызовы, которые хочется, и отказаться от всего остального библиотечного скарба, больше нельзя? Досадно.

[vak]

Похоже что так. Я собственно и копаю в эту сторону, чтобы выяснить, насколько жёсткая и монолитная каждая из операционок. Может кое-где ещё осталась какая свобода.

[dmarck]

-nostdinc -nostdlib ещё существуют, но это сущий адЪ

[spamsink]

Они, собственно, и не для этого. Хочется-то stdlib оставить, а только от stdio избавиться.

[vlad_m]

Разучились люди библиотеки писать.

Второй год пытаюсь донести до коллег, что библиотека объектных модулей это библиотека.
Из нее должно браться при линковке нужное и то, что нужно нужному. Рекурсивно.

Как в книжной библиотеке: дают запрошенные книги (тут без рекурсии, да), а не отгружают 20 тонн всех запасов.

Разучились строить архитектуры и классов и модулей без использования кулёчного принципа: "а вдруг и это понадобится? Прибьём гвоздями на всякий случай!"

[vlad_m]

А я помню староглиняные времена, когда main(argc, argv, envp) вызывалась непосредственно ядром при exec...(). 😁

[henry_flower]

на федорі 41 (вимбачте, не втримавсь):

$ cat empty.c 
#include <unistd.h>

void _start() {
    extern int main();
    _exit(main());
}

int main() { return 42; }
$ cat Makefile 
empty: empty.o; ld -static -e _start -o $@ $^ /lib64/libc.a
$ make
cc    -c -o empty.o empty.c
ld -static -e _start -o empty empty.o /lib64/libc.a
$ ./empty 
$ echo $?
42
$ stat -c %s empty
9704
$ size empty
   text    data     bss     dec     hex filename
    232       0       4     236      ec empty
$ 

[henry_flower]

до речі, а шо то за bintrace такий? гоогл дає кілька варіянтів

[vak]

https://github.com/sergev/bintrace

[henry_flower]

дякую

[vak]

Не знаю, может только в Unix v6. Вроде всегда был какой-нибудь _startup. Ведь должен кто-то глобальную переменную environ поставить.