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Utilidades - PatchELF




Utilidades - PatchELF



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Copyright © José Luis Lara Carrascal  2012-2023   http://manualinux.es


Sumario

Introducción
Preliminares
Instalación
Opciones de línea de comandos
Ejemplos de uso
Enlaces


Introducción  

PatchELF es una utilidad de línea de comandos, que permite modificar el cargador dinámico predefinido, y la ruta de búsqueda preferente (RPATH) de las dependencias binarias de un ejecutable en formato ELF. En esta web existen ejemplos en cantidad, del uso de la opción '-Wl,-rpath,ruta a directorio o directorios separados por dos puntos', cuando compilamos el código fuente de un programa o librería, que está escrito en C++ o Fortran, con una versión de GCC, que no es la principal del sistema, o necesitamos que el binario a compilar, se enlace contra una determinada versión de una librería.

En algunas compilaciones, las variables de entorno aplicadas, dejan de ser efectivas a la hora de instalar el programa. Lo que viene a provocar, la imposibilidad de ejecutar el programa, al haberse deshecho en el proceso de instalación la variable de entorno establecida y utilizada en el proceso de compilación. La posibilidad de poder disponer de un programa específico para este tema, es una excelente opción a tener en cuenta, y de ahí la inclusión de esta utilidad en la documentación de la web, a la que se hará referencia en aquellos manuales que requieran del uso de la misma.


Preliminares  

1) Comprobar que la ruta de instalación de los binarios del programa la tenemos en nuestro PATH

Abrimos una ventana de terminal y ejecutamos el siguiente comando:

[jose@Fedora-18 ~]$ echo $PATH
/usr/lib/qt-3.3/bin:/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/sbin:/home/jose/bin

Si no aparece entre las rutas mostradas el directorio /usr/local/bin, abrimos un editor de texto y añadimos lo siguiente:

#!/bin/sh

export PATH=/usr/local/bin:$PATH

Lo guardamos con el nombre variables.sh, y lo instalamos en /etc/profile.d.

$ su -c "install -m755 variables.sh /etc/profile.d"

Tenemos que cerrar el emulador de terminal y volverlo a abrir para que la variable de entorno aplicada sea efectiva. Es conveniente guardar una copia de este script para posteriores instalaciones de nuestro sistema, teniendo en cuenta que es el que se va a utilizar a partir de ahora en todos los manuales de esta web, para establecer variables de entorno globales, excepto en aquellas que sólo afectan al usuario, en las que se utilizará el archivo de configuración personal, ~/.bashrc.

La ventaja de utilizar el directorio /etc/profile.d es que es común a todas las distribuciones y nos evita tener que editar otros archivos del sistema como por ejemplo, /etc/profile.

2) Desinstalar versiones anteriores del programa ubicadas en el directorio /usr

Aún en el caso de que la versión a compilar la vayamos a instalar en el mismo directorio que la que proporciona la distribución, siempre se debe desinstalar previamente la versión antigua, para evitar conflictos innecesarios.


Instalación  

Dependencias

Herramientas de Compilación

Entre paréntesis la versión con la que se ha compilado PatchELF para la elaboración de este documento.

* GCC - (13.2.0) o Clang - (16.0.6)
* Gawk - (5.2.2)
* Make - (4.4.1)
* Automake - (1.16.5)
* Autoconf - (2.71)


Descarga

patchelf-0.18.0.tar.bz2

Optimizaciones

$ export {C,CXX}FLAGS='-O3 -march=znver3 -mtune=znver3'

Donde pone znver3 se indica el procesador respectivo de cada sistema seleccionándolo de la siguiente tabla:
Nota informativa sobre las optimizaciones para GCC
* La opción '-march=' establece el procesador mínimo con el que funcionará el programa compilado, la opción '-mtune=' el procesador específico para el que será optimizado. 

* Los valores separados por comas, son equivalentes, es decir, que lo mismo da poner '-march=k8' que '-march=athlon64'.

* En versiones de GCC 3.2 e inferiores se utiliza la opción '-mcpu=' en lugar de '-mtune='.
Nota informativa sobre las optimizaciones para Clang
* La opción '-mtune=' está soportada a partir de la versión 3.4 de Clang.

* Los valores de color azul no son compatibles con Clang.

* Las filas con el fondo de color amarillo son valores exclusivos de Clang y, por lo tanto, no son aplicables con GCC.
Valores CPU
Genéricos
Intel
AMD

Optimizaciones adicionales

Optimizaciones adicionales
GCC
Graphite
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -ftree-loop-linear -floop-strip-mine -floop-block'
IPA
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -fipa-pta'
LTO
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -fuse-linker-plugin -flto=auto'
En versiones inferiores a GCC 10, sustituir auto por el número de núcleos que tenga nuestro procesador. Si sólo tiene uno, utilizar el parámetro -flto
Clang
Polly
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -O3 -mllvm -polly -mllvm -polly-vectorizer=stripmine'
LTO
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -flto'
ThinLTO
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -flto=thin'
La aplicación de esta optimización es alternativa a la tradicional LTO, a partir de Clang 3.9 y, por lo tanto, no es combinable con la misma.

Parámetros adicionales

Parámetros adicionales de eliminación de avisos en el proceso de compilación
$ export {C,CXX}FLAGS+=' -w'

Establecer la ruta de búsqueda de directorios de librerías en sistemas de 64 bits multiarquitectura
$ export LDFLAGS+=" -L/usr/lib64 -L/usr/local/lib64 -L/opt/gcc13/lib64"
Cada usuario tendrá que establecer la ruta de búsqueda de directorios, en función de la distribución que utilice.

Establecer el uso de enlazador dinámico para Mold
$ export LDFLAGS+=' -fuse-ld=mold'

Establecer el uso de enlazador dinámico para LLD
Clang
$ export LDFLAGS+=' -fuse-ld=lld'
Optimizaciones complementarias LTO/ThinLTO de LLD
$ export LDFLAGS+=' -Wl,--lto-aa-pipeline=globals-aa -Wl,--lto-newpm-passes=memcpyopt'
Optimizaciones complementarias LTO de LLD
$ export LDFLAGS+=" -Wl,--lto-partitions=$(nproc)"
Optimizaciones complementarias ThinLTO de LLD
$ export LDFLAGS+=" -Wl,--thinlto-jobs=$(nproc)"

Establecer la variable de entorno de uso de compilador para Clang
$ export CC=clang CXX=clang++

Extracción y Configuración  Bloc de Notas

$ tar jxvf patchelf-0.18.0.tar.bz2
$ cd patchelf-0.18.0
$ ./configure

Compilación

$ make

Instalación como root

$ su -c "make install-strip"

Estadísticas de Compilación e Instalación de PatchELF

Estadísticas de Compilación e Instalación de PatchELF
CPU AMD Ryzen 5 5500
MHz 3593.250 (BoostMax=4457.000)
RAM 32 GB
Sistema de archivos XFS
Versión del Kernel 6.4.8-ml SMP PREEMPT_DYNAMIC x86_64
Modo de frecuencia de la CPU powersave (balance performance)
Versión de Glibc 2.38
Enlazador dinámico LLD 16.0.6
Compilador Clang 16.0.6
Parámetros de optimización -03 -march=znver3 -mtune=znver3 -mllvm -polly -mllvm -polly-vectorizer=stripmine -flto=thin -Wl,--lto-aa-pipeline=globals-aa -Wl,--lto-newpm-passes=memcpyopt
Tiempo de compilación 5"
Archivos instalados 3
Mostrar/Ocultar la lista de archivos instalados
Ocupación de espacio en disco 256 KB

Desinstalación como root

1) MODO TRADICIONAL

En el directorio de compilación ejecutamos el siguiente comando:

$ su -c "make uninstall"

2) MODO MANUALINUX

El principal inconveniente del comando anterior es que tenemos que tener el directorio de compilación en nuestro sistema para poder desinstalar el programa. En algunos casos esto supone muchos megas de espacio en disco. Con el paquete de scripts que pongo a continuación logramos evitar el único inconveniente que tiene la compilación de programas, y es el tema de la desinstalación de los mismos sin la necesidad de tener obligatoriamente una copia de las fuentes compiladas.

patchelf-0.18.0-scripts.tar.gz

$ su
# tar zxvf patchelf-0.18.0-scripts.tar.gz
# cd patchelf-0.18.0-scripts
# ./Desinstalar_patchelf-0.18.0

Copia de Seguridad como root

Con este otro script creamos una copia de seguridad de los binarios compilados, recreando la estructura de directorios de los mismos en un directorio de copias de seguridad (copibin) que se crea en el directorio /var. Cuando se haya creado el paquete comprimido de los binarios podemos copiarlo como usuario a nuestro home y borrar el que ha creado el script de respaldo, teniendo en cuenta que si queremos volver a restaurar la copia, tendremos que volver a copiarlo al lugar donde se ha creado.

$ su
# tar zxvf patchelf-0.18.0-scripts.tar.gz
# cd patchelf-0.18.0-scripts
# ./Respaldar_patchelf-0.18.0

Restaurar la Copia de Seguridad como root

Y con este otro script (que se copia de forma automática cuando creamos la copia de respaldo del programa) restauramos la copia de seguridad como root cuando resulte necesario.

$ su
# cd /var/copibin/restaurar_copias
# ./Restaurar_patchelf-0.18.0


Opciones de línea de comandos  

A continuación pongo las opciones de línea de comandos del programa en una tabla para ampliar la información que proporciona el mismo, cuando ejecutamos el comando 'patchelf --help'.

Opciones Descripción
--set-interpreter   Establece el cargador dinámico predefinido del ejecutable por otro.
--page-size   Establece un tamaño de página determinado en lugar del predefinido.
--print-interpreter Muestra el cargador dinámico utilizado por el ejecutable.
--print-os-abi Muestra el campo 'EI_OSABI' de la cabecera ELF.
--set-os-abi Establece el campo 'EI_OSABI' de la cabecera ELF como ABI.
--print-soname Muestra la entrada DT_SONAME de la sección .dinamic. La entrada DT_SONAME es el nombre con el que el cargador dinámico identifica a una librería compartida. Por ejemplo, de libavcodec.so.57.64.101 es libavcodec.so.57.
--set-soname Establece la entrada DT_SONAME de una librería compartida al especificado por el usuario. Es decir, cambiamos el nombre con el que el cargador dinámico identifica a una librería compartida. 
--set-rpath Modifica o establece la ruta preferente de búsqueda de las dependencias del ejecutable o librería (RPATH).
--add-rpath Añade a la ruta preferente de búsqueda de las dependencias del ejecutable o librería (RPATH) existente, una nueva ruta.
--remove-rpath Suprime las entradas DT_RPATH o DT_RUNPATH de un ejecutable o librería. Es decir, suprime cualquier RPATH establecido, ya sea mediante compilación o con el uso de PatchELF.
--shrink-rpath Suprime de la ruta preferente de búsqueda de las dependencias del ejecutable o librería (RPATH), los directorios que no contengan ninguna dependencia requerida por el ejecutable o librería.
--allowed-rpath-prefixes Junto a la opción "--shrink-rpath", rechaza las entradas de RPATH que no comienzan con el prefijo permitido. Útil para eliminar entradas de RPATH, que apunten al directorio de compilación del paquete correspondiente, una vez instalado.
--print-rpath Muestra la ruta preferente de búsqueda de las dependencias del ejecutable o librería (RPATH). Si no se ha establecido ninguna en el proceso de compilación del ejecutable o librería, no se mostrará nada.
--force-rpath Fuerza el uso del atributo obsoleto DT_RPATH en el archivo, en lugar de DT_RUNPATH. Por defecto, el atributo DT_RPATH, se convierte a DT_RUNPATH.
--add-needed Añade una dependencia declarada a una librería compartida (entrada DT_NEEDED). Este parámetro se puede utilizar tantas veces como lo deseemos.
--remove-needed Suprime una dependencia declarada de una librería compartida (entrada DT_NEEDED). Este parámetro se puede utilizar tantas veces como lo deseemos.
--replace-needed Reemplaza una dependencia declarada de una librería compartida (entrada DT_NEEDED) por otra. Este parámetro se puede utilizar tantas veces como lo deseemos. 
--print-needed Muestra todas las dependencias declaradas de una librería compartida (entradas DT_NEEDED).
--no-default-lib Suprime la ruta predefinida de búsqueda de las dependencias de un ejecutable o librería.
--no-sort No ordena las cabeceras de programa+sección; útil para depurar PatchELF.
--clear-symbol-version Establece la entrada versym para un símbolo dado a 1.
--add-debug-tag Añade una etiqueta DT_DEBUG  a la sección .dynamic, si aún no está presente en un objeto ELF.
--print-execstack Imprime el estado del marcador ejecutable de la cabecera del programa GNU_STACK, si está presente.
--clear-execstack Borra el marcador ejecutable de la cabecera del programa GNU_STACK, o añade una nueva cabecera.
--set-execstack Establece el marcador ejecutable de la cabecera del programa GNU_STACK, o añade una nueva cabecera.
--rename-dynamic-symbols Cambia el nombre de los símbolos dinámicos. El archivo de mapa de nombres debe contener líneas con el nombre antiguo y el nuevo nombre separados por espacios de esta forma:

nombre_antiguo nombre_nuevo
--output Establece el nombre del archivo de salida. Si no se especifica se usa el mismo nombre que el de entrada.
--debug Muestra los detalles del cambio realizado al archivo de entrada.
--version Muestra la versión de PatchELF.


Ejemplos de uso

Tomando como referencia el manual de instalación de Nomacs, vamos a experimentar un poco con las opciones de PatchELF, aplicando diversos parámetros al ejecutable instalado, unos reales y efectivos, otros simulados para mostrar un ejemplo de comando a aplicar, que nos sirva para otros ejecutables o librerías. Todo esto, como es lógico, lo tenemos que hacer siempre como usuario root.

1) Cambiar el enlazador dinámico predefinido del ejecutable

Esto sólo es útil cuando pretendemos probar una determinada versión de Glibc, que hemos compilado e instalado en otro directorio. En el ejemplo, y de forma simulada, no efectiva, utilizo una versión del enlazador de otra partición de linux.

1a) Mostrar el enlazador dinámico predefinido del ejecutable

[root@localhost ~]# patchelf --print-interpreter /usr/local/bin/nomacs
/lib/ld-linux.so.2

1b) Cambiar el enlazador dinámico predefinido por otro

[root@localhost ~]# patchelf --set-interpreter /mnt/fedora/lib/ld-linux.so.2 /usr/local/bin/nomacs

1c) Mostrar el enlazador dinámico establecido con PatchELF

[root@localhost ~]# patchelf --print-interpreter /usr/local/bin/nomacs
/mnt/fedora/lib/ld-linux.so.2

2) Establecer o modificar el RPATH del ejecutable 

Este ejemplo es válido, en la información relativa a CMake, con versiones anteriores a la 3.6.0. A partir de esta versión, CMake respeta el RPATH establecido en el proceso de compilación, cuando procedemos a instalar el paquete correspondiente.

En el manual de Nomacs, cuando hemos compilado el programa con una versión de GCC que no es la principal del sistema, estableciendo los parámetros correspondientes para CMake, sin utilizar -DCMAKE_BUILD_WITH_INSTALL_RPATH=1, que es el que preserva el RPATH establecido en el proceso de compilación.

$ cmake -DCMAKE_CXX_FLAGS:STRING="-O3 -march=barcelona -mtune=barcelona" \
-DCMAKE_EXE_LINKER_FLAGS:STRING="-Wl,-rpath,/opt/gcc48/lib -lstdc++" ../

Ejecutamos el siguiente comando y comprobamos que está correctamente enlazado contra /opt/gcc48/libstdc++.so.

[root@localhost build]$ ldd nomacs | grep libstdc++
        libstdc++.so.6 => /opt/gcc48/lib/libstdc++.so.6 (0xb768d000)

También lo podemos hacer con PatchELF, ejecutando el siguiente comando, y comprobando el RPATH establecido en el proceso de compilación:

[root@localhost build]# patchelf --print-rpath nomacs
/opt/gcc48/lib:/usr/local/lib:/usr/local/lib/qt4/lib:

Pero cuando ejecutamos el comando de instalación, el mismo se encarga de suprimir el RPATH establecido en el proceso de compilación.

[root@localhost build]$ make install/strip
[100%] Built target nomacs
Install the project...
-- Install configuration: ""
-- Installing: /usr/local/bin/nomacs
-- Removed runtime path from "/usr/local/bin/nomacs"
-- Up-to-date: /usr/local/share/applications/nomacs.desktop
-- Up-to-date: /usr/local/share/pixmaps/nomacs.png
-- Up-to-date: /usr/local/share/nomacs/translations/nomacs_en.qm
-- Up-to-date: /usr/local/share/nomacs/translations/nomacs_de.qm
-- Up-to-date: /usr/local/share/nomacs/translations/nomacs_ru.qm
-- Up-to-date: /usr/local/share/nomacs/translations/nomacs_zh.qm
-- Up-to-date: /usr/local/share/nomacs/translations/nomacs_als.qm

Y si volvemos a utilizar PatchELF para mostrar el RPATH del ejecutable instalado, veremos que no aparece nada.

[root@localhost build]# patchelf --print-rpath /usr/local/bin/nomacs

Lo que hace que sea imposible su ejecución, al desaparecer del binario ejecutable, el RPATH establecido en el proceso de compilación, y que permite que cargue la versión de Libstdc++ utilizada y no la predefinida del sistema, u otra que tengamos por predefinida, en mi caso particular '/opt/gcc44/lib/libstdc++.so'.

[jose@localhost ~]$ nomacs
nomacs: /opt/gcc44/lib/libstdc++.so.6: version `GLIBCXX_3.4.15' not found (required by nomacs)
nomacs: /opt/gcc44/lib/libstdc++.so.6: version `GLIBCXX_3.4.15' not found (required by /usr/local/lib/libexiv2.so.12)

En el manual de Nomacs lo soluciono con el comando install, pero con el uso de PatchELF, podemos volver a establecerlo, en este caso no es necesario restaurar el RPATH entero utilizado por CMake en el proceso de compilación, sólo el que nos interesa, y que tiene que ver con Libstdc++.

[root@localhost build]# patchelf --set-rpath /opt/gcc48/lib /usr/local/bin/nomacs

Y comprobamos con los comandos anteriormente utilizados que el binario vuelve a tener como dependencia predefinida, la versión de Libstdc++, utilizada en el proceso de compilación.

[root@localhost build]$ ldd /usr/local/bin/nomacs | grep libstdc++
        libstdc++.so.6 => /opt/gcc48/lib/libstdc++.so.6 (0xb768d000)

[root@localhost build]# patchelf --print-rpath /usr/local/bin/nomacs
/opt/gcc48/lib

En el ejemplo de Nomacs, el uso de PatchELF es relativamente sencillo, porque estamos hablando de un sólo binario ejecutable. Pero en paquetes que incluyen librerías, plugins, etc, tendríamos que recurrir al uso combinado de find+xargs+patchelf, para realizar un cambio masivo de RPATH.

3) Suprimir los directorios no utilizados del RPATH de un ejecutable

Este comando lo único que hace es suprimir los directorios que no contienen dependencias del ejecutable o librería, del RPATH utilizado por el mismo. Si se ha establecido un RPATH de múltiples directorios para Nomacs, con este comando lo que hacemos es eliminar los que no contienen dependencias del ejecutable. En el ejemplo añado los directorios /opt/lib y /opt/e17/lib, que serán borrados por el comando utilizado para este cometido. 

3a) Establecer un RPATH de múltiples directorios de ejemplo para Nomacs

[root@localhost build]# patchelf --set-rpath /opt/gcc48/lib:/opt/lib:/opt/e17/lib /usr/local/bin/nomacs

3b) Mostrar el RPATH establecido de múltiples directorios de ejemplo para Nomacs

[root@localhost build]# patchelf --print-rpath /usr/local/bin/nomacs
/opt/gcc48/lib:/opt/lib:/opt/e17/lib

3c) Suprimir los directorios que no contienen dependencias del ejecutable del RPATH establecido

[root@localhost build]# patchelf --shrink-rpath /usr/local/bin/nomacs

3d) Mostrar el RPATH resultante de la ejecución del comando anterior

[root@localhost build]# patchelf --print-rpath /usr/local/bin/nomacs
/opt/gcc48/lib


Enlaces  


https://github.com/NixOS/patchelf >> Enlace al proyecto del programa en de GitHub.

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Actualizado el 06-08-2023

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