0️⃣ 들어가며
리눅스의 기초라고 할 수 있는 리눅스 이해하기 편이 끝났다.
이번 포스팅에서는 리눅스 개발환경에서 유용하게 쓸 수 있는 툴체인을 정리해 볼 예정이다.
내용이 아주 딥하지는 않고 개요와 가벼운 설명 위주로 정리되어 있다.
1️⃣ 학습 내용
Toolchain의 개요
✅ 개발 관련 도구
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컴파일/빌드 도구
gcc - C/C++ 컴파일러
make - 빌드 자동화(Makefile)
cmake - 프로스플랫폼 빌드(CMakeLists.txt)
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디버깅 도구
gdb - GNU Debugger
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라이브러리
정적 라이브러리
공유 라이브러리
동적 라이브러리
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버전관리/배포 도구
git - 로컬 버전관리 / GitHub - 원격 저장소
docker - 컨테이너화 배포
✅ Toolchain
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리눅스의 Toolchain
소스코드로부터 실행파일을 만드는 데 필요한 전체 도구의 집합
Unix/Linux는 C로 만들어졌기 때문에 gcc가 기본 포함되어 있음
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cc(표준 C 컴파일러)
리눅스에서 내부적으로 gcc 심볼릭 링크되어 있음
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gcc(GNU Compiler Collection)
과거 GNU C Compiler였으나 다른 언어와 확장자를 지원하면서 이름 변경
파일 확장자 자동 인식 후 적절한 컴파일러 호출
확장자 호출 도구 .c cc1(C 컴파일러) .cpp/.C g++(C++ 컴파일러) .s gas(어셈블러) -
Toolchain의 구성 요소
도구 역할 명령어 예시 cpp C Preprocessor(#include, #define 처리) gcc -E file.c cc1 C Compiler(.c → .s 어셈블리) gcc 내부 호출 g++ C++ Compiler g++ file.cpp gas GNU Assembler(.s → .o 오브젝트) gcc -c file.s ld(collect2) Linker(.o + 라이브러리 → 실행파일) gcc -o app *.o gdb Debugger gdb ./app objcopy 오브젝트 변환(.o → .bin/.hex 임베디드용) objcopy -O binary
✅ Native Compiler / Cross Compiler
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Native Compiler / Cross Compiler
호스트와 타겟이 같은 경우 Native Compiler를 쓰고, 다른 경우 Cross Compiler 사용
구분 Native Compiler Cross Compiler 호스트 x86_64 (PC) x86_64 (PC) 타겟 x86_64 (PC 실행) aarch64 (Raspberry Pi 등) 예시 gcc hello.carm-linux-gnu-gcc hello.cfile 결과 ELF x86-64 ELF aarch64
✅ 빌드 프로세스
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전체 흐름
hello.c ─(1)Preprocess─> hello.i ─(2)Compile─> hello.s cpp gcc -E gcc -S ─(3)Assemble─> hello.o ─(4)Link─> hello (ELF 실행파일) gcc -c gcc -o -
Preprocess(전처리)
#include,#define등을 처리하는 과정gcc -E hello.c -o hello.i -
Compile
C언어로 된 파일을 어셈블리 소스(
.s, ASCII)로 만드는 과정gcc -S hello.i -o hello.s file hello.s # hello.s: assembler source, ASCII text -
Assemble
ASM 소스(
.s)를 Object 파일(.o, ELF)로 만드는 과정gcc -c hello.s -o hello.o file hello.o # hello.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped objdump -h hello.o # hello.o: file format elf64-x86-64 # Sections: # Idx Name Size VMA LMA File off Algn # 0 .text 0000001b 0000000000000000 0000000000000000 00000040 2**0 # CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE # 1 .data 00000000 0000000000000000 0000000000000000 0000005b 2**0 # CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA # ... -
Locate
Relocatable Object 파일을 Located로 변환하는 과정으로, Absolute Address를 지정함
임베디드에서는 ROM/RAM의 주소가 보드마다 다르기 때문에 링커 스크립트(.ld)로 직접 지정해 줘야 함
func() → &func = 0x08000100 /* .text (ROM 고정) */ int gi=10 → &gi = 0x20000100 /* .data (RAM, ROM에 초기값) */ int li; → &li = 0x20001000+sp /* 스택 (런타임 동적) */ -
Link
여러 개의 Object 파일(
.o)과 라이브러리 파일(.a,.so)을 더해서 최종적으로 단일 실행파일(ELF)을 생성하는 과정심볼 해결, 주소 할당, 런타임 초기화 코드 삽입을 포함
gcc -o hello hello.o objdump -h hello # hello: file format elf64-x86-64 # Sections: # Idx Name Size VMA LMA File off Algn # 0 .interp 0000001c 0000000000000318 0000000000000318 00000318 2**0 # CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA # 1 .note.gnu.property 00000020 0000000000000338 0000000000000338 00000338 2**3 # CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA # ... # 24 .data 00000010 0000000000004000 0000000000004000 00003000 2**3 # CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA # 25 .bss 00000008 0000000000004010 0000000000004010 00003010 2**0 # ALLOC # 26 .comment 0000002b 0000000000000000 0000000000000000 00003010 2**0 # CONTENTS, READONLY -
elf2bin/elf2hex
ELF 파일의 내용을 ROMable file(.bin/.hex)로 변환하여 Flash 메모리가 인식할 수 있는 순수 바이너리 형태로 만드는 과정
실행 섹션만 추출하고 주소와 메타데이터 정보는 사라짐
firmware.elf (실행가능, 45KB) ┌──────────────┐ │ ELF Header │ 메타데이터 (64B) ├──────────────┤ │ .text │ 코드 (ROM: 0x08000100) │ .rodata │ 상수 (ROM) │ .data │ 초기값 (RAM, ROM에 저장) │ Symbol Table │ 디버깅 정보 (수 KB) │ .bss │ 0초기화 영역 (RAM, 런타임) └──────────────┘ firmware.bin (ROMable, 4KB) ┌──────────────┐ │ .text │ │ .rodata │ ← **실행 섹션만 추출** │ .data 초기값 │ └──────────────┘ ← 주소/메타 제거- 섹션별 처리 방법
섹션 LMA(VMA) elf2bin 결과 ROM 기록 런타임 동작 .TEXTROM 포함 ROM에 기록 실행 .RODATAROM 포함 ROM에 기록 읽기 .DATARAM 초기값만 포함 ROM에 기록 RAM으로 복사 .BSSRAM 제외 (0) 기록 안함 런타임 0으로 채움
- 섹션별 처리 방법
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빌드 프로세스와 에러 예시
# main()이 있는 print.c와 print()가 있는 hello.c # 단일 파일 컴파일 시도 $ cc print.c print.c: In function ‘main’: print.c:5:2: warning: implicit declaration of function ‘print’; did you mean ‘printf’? [-Wimplicit-function-declaration] 5 | print("hello world\n"); | ^~~~~ | printf /usr/bin/ld: /tmp/ccQDuPlm.o: in function `main': print.c:(.text+0x15): undefined reference to `print' collect2: error: ld returned 1 exit status # gcc print.c 단일 파일 컴파일 시도 # ↓ # Preprocessing → print.i #include <stdio.h> 확장 # Compilation → print.s print() 정의 (심볼 생성) # Assembly → print.o OK (정의만 있음) # Linking → undefined reference to `print' # ↑ 링크 단계 실패!1. print.h 생성 └── extern void print(const char*); # 선언만! 2. hello.c 수정 #include "print.h" # 선언 임포트 3. 분리 컴파일 gcc -c print.c → print.o (정의) gcc -c hello.c → hello.o (선언+호출) gcc hello.o print.o → helloworld (성공!)$ gcc -c hello.c hello.c: In function ‘main’: hello.c:5:2: warning: implicit declaration of function ‘print’; did you mean ‘printf’? [-Wimplicit-function-declaration] 5 | print("hello world\n"); | ^~~~~ | printf $ gcc -c print.c $ gcc -o hello hello.o print.o $ ./hello hello world
Debug
✅ GDB
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GDB의 정의
GNU Debugger
GNU 소프트웨어 컬렉션의 핵심 디버깅 도구로, Unix/Linux/macOS에서 표준 디버거로 활용
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GDB 디버깅 구성
Host PC (Eclipse IDE) │ TCP/IP └──────────► Server PC (Ubuntu) │ USB (CDC) └──────────► Debug Probe │ SWD/JTAG └──────────► Target Board -
디버깅 옵션 설정
gcc를 사용할 때
-g옵션을 주어야 운영 체제의 디버깅 형식(DWARF-2)으로 디버깅 정보를 생성-g없이 GDB를 사용하면 심볼 테이블이 없다는 에러 발생$ gcc -g -O0 -o program source.c # -g : 심볼 테이블, 라인넘버, 소스 경로 삽입 # -w : warning을 사용하지 않음 # -O0 : 최적화 끄기 (디버깅 정확도 향)
✅ GDB 명령어
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GDB 시작과 도움말
gcc -g demo.c -o demo # 디버그 빌드 필수 gdb ./demo # 실행파일 로드 (gdb) help # 대분류: Status, Running, Breakpoints... (gdb) help list # 소스 보기 도움말 (gdb) help status # 상태 관련 명령 -
소스코드 탐색
명령 기능 예시 list/l소스코드 표시 l(현재 위치 10라인)list main함수 전체 l mainframe/f현재 프레임 라인 f(중단점 위치)list 1,20라인 범위 l 1,20(gdb) list 1 #include <stdio.h> 2 int main() { 3 int sum = 0; 4 for(int i=0; i<10; i++) { 5 sum += i; ← 현재 위치 6 } (gdb) frame #0 main () at demo.c:5 -
실행 제어와 브레이크포인트
실행 시작 (gdb) run / r # 인자: r arg1 arg2 (gdb) run # main()부터 실행 → 첫 브레이크까지 브레이크포인트 설정 (gdb) b main # 함수 시작 (gdb) b 15 # 라인 번호 (gdb) b func if x>10 # 조건부 상태 확인/제어 (gdb) info breakpoints / i b # 중단점 목록 (Num=1, Disp=keep, Enabled=y...) (gdb) disable 1 # 중단 (Num=1) (gdb) enable 1 # 재시작 (gdb) delete 1 # 삭제 -
싱글 스텝 실행
명령 기능 특징 step/s함수 내부로 진입 printf()안으로 들어감next/n함수 건너뛰기 printf()한 라인으로 처리finish/fin현재 함수 종료까지 리턴값 확인 continue/c다음 브레이크까지 c(gdb) b main (gdb) r Breakpoint 1, main () at demo.c:5 (gdb) n # for문 다음 라인 (gdb) s # sum += i; 내부 싱글스텝 (gdb) c # 끝날때까지 계속 -
변수 검사
변수 출력 (print) (gdb) print sum / p sum # 현재 값: $1 = 45 (gdb) print arr[3] # 배열 요소 (gdb) print *ptr # 포인터 역참조 (gdb) print/x 0x123456 # 16진수 출력 자동 갱신 (display) (gdb) display sum # 매 스텝마다 자동 출력 1: sum = 45 (gdb) undisplay 1 # 해제 변경 감지, 워치포인트 (watch) (gdb) watch sum # sum 변경시 자동 중단 Hardware watchpoint 2: sum -
스택 & 심볼
스택 분석 (gdb) backtrace / bt # 호출 스택 전체 (gdb) bt full # 로컬 변수 포함 (gdb) frame 2 # 2번째 프레임 이동 (gdb) up / down # 스택 위/아래 심볼 업데이트 (gdb) file demo_new # 새 실행파일 로드 (소스 변경시) Reading symbols from demo_new... (gdb) symbol-file demo_new # 심볼만 업데이트 -
레지스터 & 문맥 (Context)
레지스터 전체 (gdb) info registers / i reg rax 0x7fffffffde40 140737488346176 rbx 0x0 0 rip 0x401159 0x401159 <main+25> 특정 레지스터 (gdb) i reg eax # eax 레지스터의 값 확인
✅ GDB 사용 예시
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Segmentation fault 코드
#include <stdio.h> int main() { puts("hello"); // 실행 *(volatile unsigned int*)(main+1) = 1; // SIGSEGV 시그널 // main 함수가 .text 영역(읽기전용)에 쓰기 시도 // segmentation fault는 주로 포인터를 잘못 사용했을 때 발생 puts("world"); // 도달 불가 return 0; }gcc -g demo_SIGSEGV.c -o demo # -g: 디버그 심볼 포함 ulimit -c unlimited # 코어 덤프 크기 무제한 ./demo # Segmentation fault (core dumped) gdb ./demo core.12345 # 주의 : 가상환경에서는 코어 덤프 확인 불가 (gdb) list # 소스코드 + 에러 라인 표시 11 *(volatile unsigned int*)(main+1) = 1; (gdb) info frame # 프레임 정보 (스택, 인자) (gdb) quit -
GDB로 코어 덤프 분석
(gdb) bt # 백트레이스 (호출 스택) #0 0x0000555555555159 in main () at demo_SIGSEGV.c:11 (gdb) info registers # 레지스터 상태 (gdb) x/10i $pc-10 # PC 주변 어셈블리 (gdb) print *(int*)0x555555555159 # 잘못된 메모리 내용 (gdb) disassemble main # main 함수 디스어셈블리
라이브러리
✅ 라이브러리 기본
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라이브러리의 종류
종류 링크 시점 파일 형태 정적 라이브러리 컴파일/링크 시 .a(리눅스)공유/동적 라이브러리 실행 시 (런타임) .so(리눅스)
✅ 정적 라이브러리
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정적(Static) 라이브러리
빌드할 때 라이브러리 코드가 실행 파일 안에 복사되는 형태
실행 파일 하나만 배포해도 되고 버전 변동의 영향이 적지만 용량이 큼
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정적 라이브러리의 사용
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개별 소스를 오브젝트 파일로 만들기
$ gcc -c mylib.c # mylib.o 생성-c옵션으로 오브젝트 파일만 생성 -
아카이브 만들기
$ ar r libmylib.a mylib.o # libmylib.a 안에 mylib.o가 들어감 ar: creating libmylib.a $ ar t libmylib.a mylib.oar: 아카이브 툴r: 기존 아카이브에 교체/추가t: 아카이브 내용 확인 -
정적 라이브러리 링크
$ cc -o calc main.c -Llib -lmylib컴파일할 때 사용할 라이브러리를 링크해 주어야 함
-o <output>: 출력 실행 파일 이름을 output으로 설정-L<searchdir>: 라이브러리 검색 경로에./searchdir디렉토리 추가-l<namespec>:lib<namespec>.a또는lib<namespec>.so를 찾도록 함
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✅ 공유 라이브러리
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공유 라이브러리
여러 프로그램이 같은 라이브러리 파일 하나를 사용하지만 각 프로세스에서 로딩 주소는 다를 수 있음
실제 물리 메모리에서는 코드 페이지를 공유하기 때문에 중복으로 올라가지는 않음
(예:
calc에서libmylib.so기준 주소는0x00007f...a000,cald에서는0x00007f...e000)
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공유 라이브러리 만들기
# 1) PIC 코드로 컴파일 (위치 독립 코드) cc -fPIC -c mylib.c # mylib.o # 2) 공유 라이브러리 생성 cc -shared -Wl,-soname=libmylib.so -o libmylib.so.1 mylib.o # 3) 버전 없는 이름으로 심볼릭 링크 ln -s libmylib.so.1 libmylib.so-fPIC: 어느 주소에 로딩되어도 동작 가능한 Position Independent Code 생성-shared: 공유 라이브러리 생성 모드-Wl,-soname=...: 링커에게 실제 so 이름(SONAME)을 알려줌
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공유 라이브러리 링크
$ cc -c main.c # main.o $ cc -o addsub main.o -Llib -lmylib $ ./addsub # error while loading shared libraries: libmylib.so: cannot open shared object file-Llib: 라이브러리 검색 경로에./lib추가-lmylib:libmylib.so또는libmylib.a를 찾아서 사용여기까지 하면 실행 파일 생성은 성공하지만, 실행 시 런타임 로더가 so 위치를 못 찾으면 오류 발생
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공유 라이브러리의 로딩
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실행 시에 ldd(로더)가 찾는 라이브러리 경로
LD_LIBRARY_PATH환경 변수/etc/ld.so.conf와ldconfig로 등록된 시스템 경로- 기본 디렉토리 (
/lib,/usr/lib등)
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LD_LIBRARY_PATH에 라이브러리 경로 추가# 환경변수에 경로 지정 후 실행하면 정상 작동 $ export LD_LIBRARY_PATH=lib
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✅ 동적 라이브러리
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동적 라이브러리
실행 중에 동적으로 라이브러리를 로드/언로드하는 방식
만드는 방법은 공유 라이브러리와 동일함
빌드할 때는
libdl을 함께 링크해 주어야 함
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라이브러리 사용방법 비교
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공유 라이브러리 (동적 링크)
프로그램을 시작한 뒤에 로더가
.so를 자동으로 로드해서 메모리에 올리는 방식
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동적 라이브러리 (런타임 동적 로드,
dlopen)프로그램이 실행 중에 라이브러리가 필요할 때만
.so를 열고 쓴 뒤에 닫는 방식
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주요 함수
#include <dlfcn.h>내에 정의dlopen:.so파일 오픈dlsym: 함수 심볼 가져오기dlerror: 에러 메시지 확인dlclose: 라이브러리 닫기
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예시
#include <dlfcn.h> // 1. 라이브러리 열기 void *handle = dlopen("libmylib.so", RTLD_NOW); if (!handle) { fprintf(stderr, "dlopen error: %s\n", dlerror()); return 1; } // 2. 심볼(함수) 찾기 int (*add)(int,int); add = (int (*)(int,int)) dlsym(handle, "add"); // 3. 사용 int r = add(3, 5); printf("add: %d\n", r); // 4. 닫기 dlclose(handle); // build // $ cc -o calc main.c -ldl
2️⃣ 느낀 점
분명 저번 주에 리눅스 이해 편을 잔뜩 썼는데, 잠깐 정리 못 하는 사이에 내용이 엄청 많이 밀렸다.
이거 다 쓸 수는 있는 건가 걱정이 되기 시작했다.
다음 편에서는 make와 Makefile, CMake를 다룰 예정이라 아주 유용할 것이다!
