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\input{configpres}

\title{\lq (Embedded) LINUX Applikationsentwicklung\rq}
\maketitle

\begin{frame}
\frametitle{Übersicht}
\tableofcontents
\end{frame}

\subsection{Der GNU Compiler}
\subsubsection{Hello world}
\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Der GNU Compiler}
\begin{lstlisting}[language=c]
/* hello.c */
#include <stdio.h>

int main(void)
{
        printf("Hello world\n");
        return 0;
}
\end{lstlisting}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Uebersetzen des Testprogramms
gcc -o hello hello.c
\end{lstlisting}
\end{frame}

\subsubsection{Wichtige Optionen}
\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Wichtige gcc Optionen}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Nur Objectfile erzeugen
gcc -c -o hello.o hello.c

# Uebersetzen mit Optimierungslevel 3
gcc -O3 -o hello hello.c

# Ohne Optimierung und mit
# Debugsymbolen uebersetzen
gcc -O0 -g hello hello.c
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Wichtige gcc Optionen}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Gegen zusaetzliche Bibliothek linken (librt.so)
gcc -lrt -o hello hello.c

# Suchpfad fuer Bibliotheken hinzufuegen
gcc -L /mypath -lrt -o hello hello.c

# Suchpfad fuer Includes hinzufuegen
gcc -I /mypath -o hello hello.c
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Wichtige gcc Optionen}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Alle Warnings ausgeben
gcc -Wall -o hello hello.c

# Warnings als Fehler behandeln
gcc -Werror -o hello hello.c
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{GCC: Nützliches}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Vordefinierte / Interne Makros ausgeben
$ gcc -E -dM - < /dev/null | cut -c 9- | sort
[...]
__SIZEOF_DOUBLE__ 8
__SIZEOF_FLOAT__ 4
__SIZEOF_INT__ 4
__SIZEOF_LONG__ 8
[...]
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{GCC: Nützliches}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Nur Pre-Prozessor ausfuehren
$ gcc -C -E hello.c -o hello_pre

# Woher kommt welches Symbol?
$ gcc -Wl,-y,printf hello.c
/lib/libc.so.6: definition of printf
\end{lstlisting}
Quelle und weitere nuetzliche Tipps: http://elinux.org/GCC\_Tips
\end{frame}

\subsection{Der Dynamic Loader}
\begin{frame}
\frametitle{Der Dynamic Loader: ld-linux.so}
\begin{alertblock}{Was ist der Dynamic Loader?}
Der Dynamic Loader: ld-linux.so lädt die dynamischen Bibliotheken, die von einem Programm
benötigt werden. Er ist Bestandteil der C Bibliothek.
\end{alertblock}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Der Dynamic Loader: ld-linux.so}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# Entweder
./hello

# oder
/lib/ld-linux-x86-64.so.2 ./hello
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Der Dynamic Loader: Umgebungsvariablen}
\begin{tabular}{|l|p{5cm}|}
\hline
\textbf{Umgebungsvariable} & \textbf{Abkürzung}  \\
\hline
LD\_LIBRARY\_PATH & Suchpfad für Bibliotheken \\
\hline
LD\_PRELOAD & Liste von Bibliotheken, die vor allen anderen zu laden sind \\
\hline
LD\_DEBUG & Debug Ausgaben \\
\hline
\end{tabular}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Der Dynamic Loader: Umgebungsvariablen}
\begin{lstlisting}[basicstyle=\ttfamily\fontsize{9}{9}\selectfont]
$ LD_DEBUG=help ./hello
Valid options for the LD_DEBUG environment
variable are:

  libs        display library search paths
  reloc       display relocation processing
  files       display progress for input file
  symbols     display symbol table processing
  bindings    display information about symbol binding
  versions    display version dependencies
  all         all previous options combined
  statistics  display relocation statistics
  unused      determined unused DSOs
  help        display this help message and exit
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}
\frametitle{Der Dynamic Loader: Suchreihenfolge}
\begin{enumerate}
\item DT\_RPATH dynamic subsection (ELF)
\item LD\_LIBRARY\_PATH
\item DT\_RUNPATH dynamic subsection (ELF)
\item ld.so.cache
\item /lib bzw. /usr/lib
\end{enumerate}
\end{frame}

\subsection{Die Binutils}
\subsubsection{Übersicht}
\begin{frame}
\frametitle{Die Binutils}
Eine Sammlung von Programmen zum Erstellen / Bearbeiten von Binaries.
Die wichtigsten Tools sind:
\begin{itemize}
\item Der GNU Linker (ld)
\item Der GNU Assembler (as)
\end{itemize}
\end{frame}

\begin{frame}
\frametitle{Weitere Programme der Binutils}
\begin{itemize}
\item \textbf{addr2line}: Ordnet Adressen Zeilennummern zu
\item \textbf{gprof}: Profiler
\item \textbf{nm}: Listet Symbole in Objectfiles
\item \textbf{objcopy}: Kopiert und konvertiert Objectfiles
\item \textbf{objdump}: Listet Informationen zu Objectfiles
\end{itemize}
\end{frame}

\begin{frame}
\frametitle{Weitere Programme der Binutils}
\begin{itemize}
\item \textbf{ranlib}: Generiert den Index zu einem Archivinhalt
\item \textbf{readelf}: Zeigt Informationen zu ELF Files
\item \textbf{size}: Listet die Sektionsgrößen für Object- oder ELF Files
\item \textbf{strip}: Entfernt Symbole
\end{itemize}
\end{frame}

\subsubsection{objdump}
\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Untersuchen von Binaries mit Objdump}
\begin{lstlisting}[language=bash]
jan@hopfropf:~$ objdump -x /bin/ls
/bin/ls:     file format elf64-x86-64
/bin/ls
architecture: i386:x86-64, flags 0x00000112:
EXEC_P, HAS_SYMS, D_PAGED
start address 0x0000000000402490

Program Header:
    PHDR off    0x0000000000000040 vaddr [...]
         filesz 0x00000000000001f8 memsz [...]
[...]
Dynamic Section:
  NEEDED               librt.so.1
[...]
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Untersuchen von Binaries mit Objdump}
\begin{lstlisting}[language=bash]
Version References:
  required from librt.so.1:
    0x09691a75 0x00 07 GLIBC_2.2.5
[...]
Sections:
Idx Name          Size      VMA          [...] 
  0 .interp       0000001c  000000000040 [...]
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, [...] 
  1 .note.ABI-tag 00000020  000000000040 [...]
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, [...] 
[...]
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Bibliotheksabhängigkeiten mit objdump bestimmen}
\begin{lstlisting}[language=bash]
jan@hopfropf:~$ objdump -x /bin/ls | grep NEEDED
  NEEDED               librt.so.1
  NEEDED               libselinux.so.1
  NEEDED               libacl.so.1
  NEEDED               libc.so.6
\end{lstlisting}
\end{frame}

\subsubsection{objcopy}
\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Binaries bearbeiten mit objcopy}
\begin{lstlisting}[language=bash]
# 64bit ELF ins SREC Format kopieren
objcopy -I elf64-x86-64 -O srec hello hello.srec
# SREC in 64 bit ELF kopieren
objcopy -I srec -O elf64-x86-64 hello.srec hello
\end{lstlisting}
\end{frame}

\subsubsection{addr2line}
\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Adressen zuordnen mit addr2line}
\begin{lstlisting}[language=bash]
objdump -D hello | less
\end{lstlisting}
\begin{verbatim}
[...]
000000000040050c <main>:
  40050c:       55           push   %rbp
  40050d:       48 89 e5     mov    %rsp,%rbp
[...]
\end{verbatim}
\begin{lstlisting}[language=bash]
$ addr2line -e hello 40050c
/home/jan/work/examples/hello.c:4
\end{lstlisting}
\end{frame}

\subsection{Bibliotheken}
\subsubsection{Statische Bibliotheken}
\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Statische Bibliotheken}
\begin{lstlisting}
# Erstellen
$ gcc -c file1.c file2.c
$ ar r libhello.a file1.o file2.o
# Benutzen
$ gcc -o hello hello.o libhello.a
\end{lstlisting}
\end{frame}

\subsubsection{Dynamische Bibliotheken}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Dynamische Bibliotheken}
\begin{lstlisting}
# Erstellen dynamischer Bibliotheken
$ gcc -c -fPIC file1.c file2.c
$ gcc -shared -o libhello.so file1.o file2.o
# Gegen die Bibliothek linken
$ gcc -o hello hello.c libhello.so
# Versuchen Sie nun das Programm zu starten
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Wir erinnern uns an den Dynamic Loader!}
Also, entweder LD\_LIBRARY\_PATH setzen, oder nach /lib bzw. /usr/lib
kopieren.
\end{frame}

\begin{frame}
\frametitle{\textbf{P}osition \textbf{Independent} \textbf{Code}}
Die Option -fPIC bewirkt die Erzeugung von ''position independent code''.
Das heißt, es wird Code erzeugt, der zur Laufzeit an jeder beliebigen virtuellen
Adresse lauffähig ist.
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{SONAME}
\begin{lstlisting}
# Erstellen dynamischer Bibliotheken
$ gcc -c -fPIC file1.c file2.c
$ gcc -shared -Wl,-soname,libsayhello.so \
               -o libhello.so file1.o file2.o
\end{lstlisting}
Die -soname Linker-Option bewirkt, daß beim Linken der Name
''libsayhello.so'' eingetragen wird. Das heißt der Loader
sucht beim Starten der Applikation nach einer Bibliothek mit
dem Namen ''libsayhello.so''.
\end{frame}

\begin{frame}
\frametitle{Namensgebung}
\begin{itemize}
\item linker name
\item SONAME
\item real name
\end{itemize}
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Namensgebung}
\begin{verbatim}
libhello.so.1   -> libhello.so.1.0.2
# New minor version
libhello.so.1   -> libhello.so.1.0.3
# New Major version
libhello.so.2   -> libhello.so.2.0.1
\end{verbatim}
SONAME beeinhaltet die Majornumber. Der Symbolic Link mit
der Majornumber(SONAME) zeigt normalerweise auf die Bibliotheksversion
mit der aktuellsten Minornumber (real name).
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{Namensgebung}
\begin{verbatim}
libhello.so -> libhello.so.1
\end{verbatim}
Oft wird auch ein Link ohne Versionsnummer angelegt, der auf die
aktuellste Majornumber Zeigt. Man spricht hier vom sogenannten
''linker name''.
\end{frame}

\begin{frame}[fragile]
\frametitle{DT\_RPATH und DT\_RUNPATH}
\begin{lstlisting}
$ gcc -Wl,-rpath,/mypath -o hello hello.c \
			libhello.so
\end{lstlisting}
-rpath erzeugt per Default DT\_RPATH. Um DT\_RUNPATH zu erzeugen,
benötigt man die Option --enable-new-dtags. Beispiel:
\begin{lstlisting}
$ gcc -Wl,--enable-new-dtags \
          -Wl,-rpath,/mypath \
          -o hello hello.c libhello.so
# Was faellt bei folgendem Kommando auf:
$ objdump -p hello | grep PATH
\end{lstlisting}
\end{frame}

\subsection{Buildprozess automatisieren}
\subsubsection{Übersicht}

\begin{frame}
\frametitle{GNU make}
\begin{alertblock}{Was ist GNU make?}
GNU make kontrolliert und automatisiert Buildprozesse.
\end{alertblock}
\end{frame}

\subsubsection{Anwendungsbeispiele}
\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Einfaches Beispiel}
\begin{lstlisting}[language=make,showtabs=true,tabsize=4,tab=\rightarrowfill]
# Makefile

hello: hello.o
	gcc -o $@ $<

hello.o: hello.c
	gcc -c -o $@ $<

clean:
	rm -rf hello hello.o
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}
\frametitle{Aufgabe}
\begin{itemize}
\item Erstellen Sie ein Beispielprojekt mit einem Hallo Welt Programm und dem
im Beispiel aufgeführten Makefile
\item Übersetzen Sie das Programm
\item Erstellen Sie eine Datei mit dem Namen clean und führen make clean aus
(Was passiert?!)
\end{itemize}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Problem}
\begin{lstlisting}[language=bash]
$ make
gcc -c -o hello.o hello.c
gcc -o hello hello.o
$ touch clean
$ make clean
make: `clean' is up to date.
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{PHONY targets}
\begin{lstlisting}[language=make,showtabs=true,tabsize=4,tab=\rightarrowfill]
hello: hello.o
	gcc -o $@ $<

hello.o: hello.c
	gcc -c -o $@ $<

.PHONY: clean

clean:
	rm -rf hello hello.o
\end{lstlisting}
Aufgabe: Erweitern Sie Ihr Makefile um das PHONY target und führen Sie erneut
make clean aus.
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Regeln mit Pattern}
\begin{lstlisting}[language=make,showtabs=true,tabsize=4,tab=\rightarrowfill]
hello: hello.o
	gcc -o $@ $<

%.o: %.c
	gcc -c -o $@ $<

.PHONY: clean

clean:
	rm -rf hello hello.o
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Variablen}
\begin{lstlisting}[language=make,showtabs=true,tabsize=4,tab=\rightarrowfill]
EXE = hello
OBJ = $(EXE).o

$(EXE): $(OBJ)
	gcc -o $@ $<

%.o: %.c
	gcc -c -o $@ $<

.PHONY: clean

clean:
	rm -rf $(EXE) $(OBJ)
\end{lstlisting}
\end{frame}

\begin{frame}[containsverbatim]
\frametitle{Pattern substitution}
\begin{lstlisting}[language=make,showtabs=true,tabsize=4,tab=\rightarrowfill]
SRC = hello.c hello1.c
OBJ = $(SRC:%.c=%.o)
[...]
\end{lstlisting}
\end{frame}

\input{tailpres}