Почему /usr/bin/test на 4Кб меньше, чем /usr/bin/[?

Пользователь с Reddit под ником mathisweirdaf поделился интересными наблюдениями:

 $ ls -lh /usr/bin/{test,[}
-rwxr-xr-x 1 root root 59K  Sep  5  2019 '/usr/bin/['
-rwxr-xr-x 1 root root 55K  Sep  5  2019  /usr/bin/test

[ и test должны быть псевдонимами друг друга, и все же между исполняющими их файлами из GNU coreutils наблюдается разница в 4Кб. Почему?

Во-первых, для всех, кого это удивило: да, существует /usr/bin/[. По этой теме у меня есть отдельная статья (англ.), но я все же коротко поясню:

Когда вы пишете if [ -e /etc/passwd ]; then .. эта скобка выступает не синтаксисом оболочки, а просто стандартной командой с чудным именем. Обычно она встроена в оболочку, но иногда может реализовываться через /usr/bin/[. Это объясняет многое из ее загадочного поведения, например, почему она чувствительна к пробелам: [1=2] оказывается не более валидно, чем ls-l/tmp.

Тем не менее откуда возникает разница в размере? Можно сравнить вывод objdump, чтобы увидеть, куда помещаются данные. Вот выдержка из objdump -h /usr/bin/[:

              size                                          offset
15 .text         00006e82  0000000000002640  0000000000002640  00002640  2**4
16 .fini         0000000d  00000000000094c4  00000000000094c4  000094c4  2**2
17 .rodata       00001e4c  000000000000a000  000000000000a000  0000a000  2**5

А вот objdump -h /usr/bin/test:

15 .text         000068a2  0000000000002640  0000000000002640  00002640  2**4
16 .fini         0000000d  0000000000008ee4  0000000000008ee4  00008ee4  2**2
17 .rodata       00001aec  0000000000009000  0000000000009000  00009000  2**5

Здесь мы видим, что сегмент .text (скомпилированный исполняемый код) на 1504 байта больше, в то время как .rodata (постоянные значения и строки) больше на 864 байта.

Суть в том, что увеличенный размер сегмента .text вынуждает его перемещаться из 8000 в 9000, пересекая границу размера страницы 0х1000 (4096) и, следовательно, смещая все другие сегменты на 4096 байтов. Именно эту разницу в размере мы и наблюдаем.

Единственное номинальное отличие между [ и test в том, что [ требует наличия ] в качестве заключительного аргумента. Проверка этого потребовала бы минимальное количество кода, так зачем все же используются те самые ~1500 байтов?

Поскольку сложно просматривать скомпилированные исполняемые файлы, я собрал копию coreutils и сравнил список функций в каждом:

$ diff -u <(nm -S --defined-only src/[ | cut -d ' ' -f 2-) <(nm -S --defined-only src/test | cut -d ' ' -f 2-)
--- /dev/fd/63      2021-02-02 20:21:35.337942508 -0800
+++ /dev/fd/62      2021-02-02 20:21:35.341942491 -0800
@@ -37,7 +37,6 @@
 D __dso_handle
 d _DYNAMIC
 D _edata
-0000000000000099 T emit_bug_reporting_address
 B _end
 0000000000000004 D exit_failure
 0000000000000008 b file_name
@@ -63,7 +62,7 @@
 0000000000000022 T locale_charset
 0000000000000014 T __lstat
 0000000000000014 t lstat
-0000000000000188 T main
+00000000000000d1 T main
 000000000000000b T make_timespec
 0000000000000004 d nslots
 0000000000000022 t one_argument
@@ -142,16 +141,10 @@
 0000000000000032 T umaxtostr
 0000000000000013 t unary_advance
 00000000000004e5 t unary_operator
-00000000000003d2 T usage
+0000000000000428 T usage
 0000000000000d2d T vasnprintf
 0000000000000013 T verror
 00000000000000ae T verror_at_line
-0000000000000008 D Version
-00000000000000ab T version_etc
-0000000000000018 T version_etc_ar
-000000000000042b T version_etc_arn
-000000000000002f R version_etc_copyright
-000000000000007a T version_etc_va
 000000000000001c r wide_null_string.2840
 0000000000000078 T x2nrealloc
 000000000000000e T x2realloc

Главные участники – это функции version_etc*. Что они делают?

Давайте посмотрим:

/* The three functions below display the --version information the
   standard way [...]

Это 260 строк развернутых, интернационализированных, условных способов форматирования данных, которые составляют вывод --version. Все вместе они занимают около bc <<< "ibase=16; 7A+2F+42B+18+AB+8+99" = 1592 байтов.

Что это значит? Все просто. Дополнительные 4Кб уходят вот на что:

$ /usr/bin/[ --version
[ (GNU coreutils) 8.30
Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <https://gnu.org/licenses/gpl.html>.
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

Written by Kevin Braunsdorf and Matthew Bradburn.

[ --version недостает заключительной ], поэтому вызов оказывается недействительным, и результат определяется реализацией. GNU спокойно позволяет вывести информацию о версии.

Тем временем /usr/bin/test --version оказывается действительным вызовом, и POSIX предписывает, чтобы она возвращала успех, когда первый параметр (--version) является непустой строкой.

Эта разница даже упоминается в документации:

Примечание: [ отвечает за опции --help и --version, а test нет.
test рассматривает каждую из них просто как непустую строку.

Загадка разгадана!

(Задачка: каковы будут последствия, если вопреки POSIX test будет поддерживать --help и --version?)