Linux 环境下编译 0.11版本内核 kernel

最近在看《linux内核0.11完全注释》一书，由于书中涉及汇编语言的地方众多，本人在大学时汇编语言学得一塌糊涂，所以实在看不下去了，头都大了只好匆匆看了个头尾（前面几章和最后一章）。看来即使有《九阴真经》这样的武功秘籍，内功不够也是修炼不出来神马来的。于是索性下了个0.11版本的kernel下来尝试编译一把。


linux-0.11.tar.gz 下载地址：


下面开始工作：


1、 tar xvfz linux-0.11.tar.gz


2、 cd linux-0.11


3、 make


make: as86: Command not finded


make: ***


出错原因：as86 汇编器未安装


解决办法：


yum install dev86* （请务必保证网络畅通，如果使用Debian Linux系统命令改为 apt-get install dev86*）


或
下载dev86-0.16.3-8.i386.rpm安装 下载地址 http://www.oldlinux.org/Linux.old/study/tools/


4、 make


gas -c -o boot/head.o boot/head.s


make: gas: Command not finded


make: *** [boot/head.o] Error 127


出错原因：gas 汇编器未安装


解决办法：


yum install binutils* (请确保网络正常）


或
下载binutils-2.20.tar.gz安装 下载地址http://ftp.gnu.org/gnu/binutils/
tar xvfz binutils-2.20.tar.gz
./configure
make 
make install


确认 Gnu assembler 已经安装
which as
/usr/local/bin/as


5、 make


gas -c -o boot/head.o boot/head.s
make: gas: Command not found
make: *** [boot/head.o] Error 127


出错原因：gas、gld 的名称已经过时，现在GNU assembler的名称是 as


解决办法：


修改主 Makefile 文件


将 AS =gas 修改为 AS =as
将 LD =gld 修改为 LD =ld


6、make


as -c -o boot/head.o boot/head.s
as: unrecognized option '-c'
make: *** [boot/head.o] Error 1


出错原因：as 语法和1991年的时候有了一些变化


解决办法：


修改 Makefile 文件


将 $(AS) -c -o $*.o $< 修改为 $(AS) -o $*.o $<


7、make


as -o boot/head.o boot/head.s
boot/head.s: Assembler messages:
boot/head.s:231: Error: alignment not a power of 2
make: *** [boot/head.o] Error 1


出错原因：.align 2 是汇编语言指示符，其含义是指存储边界对齐调整；
“2”表示把随后的代码或数据的偏移位置调整到地址值最后2比特位为零的位置（2^2），即按4字节对齐内存地址。
不过现在GNU as直接是写出对齐的值而非2的次方值了。


.align 2 应该改为 .align 4
.align 3 应该改为 .align 8


解决办法：


修改 boot/head.s 文件


将 .align 2 应该改为 .align 4
.align 3 应该改为 .align 8


8、make


cc1: error: unrecognized command line option "-mstring-insns"
cc1: error: unrecognized command line option "-fcombine-regs"
make: *** [init/main.o] Error 1


解决办法：


修改 Makefile 文件


将 -fcombine-regs -mstring-insns 删除或者注释掉


9、make


In file include from init/main.c:9:
include/unistd.h:207: warning: function return types not compatible due to 'volatile'
include/unistd.h:208: warning: function return types not compatible due to 'volatile'
init/main.c:24: error: static declaration of 'fork' follows non-static declaration
init/main.c:26: error: static declaration of 'pause' follows non-static declaration
include/unistd.h:224: note: previous declaration of 'pause' was here
init/main.c:30: error: static declaration of 'sync' follows non-static declaration
include/unistd.h:235: note: previous declaration of 'sync' was here
init/main.c:108: warning: return type of 'main' is not 'int'
make: *** [init/main.o] Error 1


解决办法：


修改 init/main.c 文件


将 static inline _syscall0(int,fork) 修改为 inline _syscall0(int,fork)
static inline _syscall0(int,pause) 修改为 inline _syscall0(int,pause)
static inline _syscall1(int,setup,void *,BIOS) 修改为 inline _syscall1(int,setup,void *,BIOS)
static inline _syscall0(int,sync) 修改为 inline _syscall0(int,sync)


10、make


(cd kernel; make)
make[1]: Entering directory '***/linux-0.11/kernel'
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer -fcombine-regs -finline-functions -mstring-insns -nostdinc -I../include \
-c -o sched.o sched.c
cc1: error: unrecognized command line option "-mstring-insns"
cc1: error: unrecognized command line option "-fcombine-regs"
make[1]: *** [sched.o] Error 1
make[1]: Leaving directiory '***/linux-0.11/kernel'
make: *** [kernel/kernel.o] Error 2


解决办法：


修改 kernel目录下 Makefile 文件


将 -fcombine-regs -mstring-insns 删除或者注释掉


11、make


gas -c -o system_call.o system_call.s
make[1]: gas: Command not found
make[1]: *** [system_call.o] Error 127
make[1]: Leaving directory '***/linux-0.11/kernel'
make: *** [kernel/kernel.o] Error 2


解决办法：


修改 kernel目录下 Makefile 文件


将 AS =gas 修改为 AS =as
将 LD =gld 修改为 LD =ld
将 $(AS) -c -o $*.o $< 修改为 $(AS) -o $*.o $<


12、make


fork.c:In function 'copy_process':
fork.c:121: warning: suggest parentheses around assignment used as truth value
fork.c:In function 'copy_mem':
fork.c:54: error: can't find a register in class 'DREG' while reloading 'asm'
fork.c:55: error: can't find a register in class 'DREG' while reloading 'asm'
fork.c:46: error: 'asm' operand has impossible constraints
fork.c:47: error: 'asm' operand has impossible constraints
fork.c:54: error: 'asm' operand has impossible constraints
fork.c:55: error: 'asm' operand has impossible constraints
make[1]: *** [fork.o] Error 1
make[1]: Leaving directory '***/linux-0.11/kernel'
make: *** [kernel/kernel.o] Error 2


在 kernel/fork.c 第 54 行：


可以看到这样的调用 set_base(p->ldt[1],new_code_base);
在 include/linux/sched.h 第 188 —— 211 行：


可以看到 set_base 的实现


#define set_base(ldt,base) _set_base( ((char *)&(ldt)) , base )


#define _set_base(addr,base) \
__asm__("movw %%dx,%0\n\t" \
"rorl $16,%%edx\n\t" \
"movb %%dl,%1\n\t" \
"movb %%dh,%2" \
::"m" (*((addr)+2)), \
"m" (*((addr)+4)), \
"m" (*((addr)+7)), \
"d" (base) \
:"dx")


因为这里涉及到汇编的知识，哥卡在这里一直没解决并且郁闷了好久，最后只好看回《linux内核0.11完全注释》一书。赵炯博士在http://www.oldlinux.org/Linux.old/kernel/0.1x/ 这里提供了修改 linux-0.11-060618-gcc4.tar.gz 好的 0.11版本的内核。


于是这个时候比较工具 Beyond Compare 就派上用场了。


将 #define _set_base(addr,base) \ 修改为 #define _set_base(addr,base) \ 
__asm__("movw %%dx,%0\n\t" \ __asm__("push %%edx\n\t" \ 
"rorl $16,%%edx\n\t" \ "movw %%dx,%0\n\t" \ 
"movb %%dl,%1\n\t" \ "rorl $16,%%edx\n\t" \ 
"movb %%dh,%2" \ "movb %%dl,%1\n\t" \ 
::"m" (*((addr)+2)), \ "movb %%dh,%2\n\t" \ 
"m" (*((addr)+4)), \ "pop %%edx" \ 
"m" (*((addr)+7)), \ ::"m" (*((addr)+2)), \ 
"d" (base) \ "m" (*((addr)+4)), \ 
:"dx") "m" (*((addr)+7)), \ 
"d" (base) )


将 #define switch_to(n) {\
struct {long a,b;} __tmp; \
__asm__("cmpl %%ecx,_current\n\t" \
"je 1f\n\t" \
"movw %%dx,%1\n\t" \
"xchgl %%ecx,_current\n\t" \
"ljmp %0\n\t" \ ------------------------------这里修改为 "ljmp *%0\n\t" \
"cmpl %%ecx,_last_task_used_math\n\t" \
"jne 1f\n\t" \
"clts\n" \
"1:" \
::"m" (*&__tmp.a),"m" (*&__tmp.b), \
"d" (_TSS(n)),"c" ((long) task[n])); \
} 


将 #define _get_base(addr) ({\ 修改为 static inline unsigned long _get_base(char * addr)
unsigned long __base; \ { 
__asm__("movb %3,%%dh\n\t" \ unsigned long __base; 
movb %2,%%dl\n\t" \ __asm__("movb %3,%%dh\n\t" \
shll $16,%%edx\n\t" \ "movb %2,%%dl\n\t" \
movw %1,%%dx" \ "shll $16,%%edx\n\t" \
"=d" (__base) \ "movw %1,%%dx" \
"m" (*((addr)+2)), \ :"=&d" (__base) \
"m" (*((addr)+4)), \ :"m" (*((addr)+2)), \
"m" (*((addr)+7))); \ "m" (*((addr)+4)), \
__base;}) "m" (*((addr)+7)));
return __base; 
}


注意：
由于GNU as汇编器不断进化的原因，需要将 *.s 文件中
类似
.globl _idt,_gdt,_pg_dir,_tmp_floppy_area
修改为
.globl idt,gdt,pg_dir,tmp_floppy_area


不然虽然编译通过，但是连接的时候将出现类似这样的错误
boot/head.o: In function 'setup_idt':
(.text+0x87): undefined reference to '_idt'
boot/head.o: In function 'idt_descr':
(.text+0x54ac): undefined reference to '_idt'
kernel/kernel.o: In function 'sched_init':
(.text+0x37c): undefined reference to '_idt' 




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汇编知识（来自互联网）


GCC中基本的内联汇编：__asm____volatile__("InstructionList");


__asm__(
"movl $1,%eax\r\t"
"xor %ebx,%ebx\r\t"
"int $0x80"
);


带有C/C++表达式的内联汇编：


__asm__ __volatile__("InstructionList"
:Output
:Input
:Clobber/Modify);


这4个部分都不是必须的，任何一个部分都可以为空，其规则为：


1、如果Clobber/Modify 为空，则其前面的冒号(:)必须省略。


2、如果Output，Input，Clobber/Modify都为空，Output，Input之前的冒号(:)既可以省略，也可以不省略。


3、如果Input，Clobber/Modify为空，但Output不为空，Input前的冒号(:)既可以省略，也可以不省略。


4、如果后面的部分不为空，而前面的部分为空，则前面的冒号(:)都必须保留，否则无法说明不为空的部分究竟是第几部分。






每一个Input和Output表达式都必须指定自己的操作约束Operation Constraint，这里将讨论在80386平台上所可能使用的操作约束。


当前的输入或输出需要借助一个寄存器时，需要为其指定一个寄存器约束，可以直接指定一个寄存器的名字。


常用的寄存器约束的缩写 
约束 意义
r 表示使用一个通用寄存器，由 GCC 在%eax/%ax/%al,%ebx/%bx/%bl,%ecx/%cx/%cl,%edx/%dx/%dl中选取一个GCC认为合适的。
g 表示使用任意一个寄存器，由GCC在所有的可以使用的寄存器中选取一个GCC认为合适的。
q 表示使用一个通用寄存器，和约束r的意义相同。
a 表示使用%eax/%ax/%al
b 表示使用%ebx/%bx/%bl
c 表示使用%ecx/%cx/%cl
d 表示使用%edx/%dx/%dl
D 表示使用%edi/%di
S 表示使用%esi/%si
f 表示使用浮点寄存器
t 表示使用第一个浮点寄存器
u 表示使用第二个浮点寄存器


如果一个Input/Output 操作表达式的C/C++表达式表现为一个内存地址，不想借助于任何寄存器，则可以使用内存约束。比如：
__asm__("lidt%0":"=m"(__idt_addr));
__asm__("lidt%0"::"m"(__idt_addr));






修饰符 输入/输出 意义
= O 表示此Output操作表达式是Write-Only的。
+ O 表示此Output操作表达式是Read-Write的。
& O 表示此Output操作表达式独占为其指定的寄存器。
% I 表示此Input 操作表达式中的C/C++表达式可以和下一 个Input操作表达式中的C/C++表达式互换


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13、make


In file included from stat.c:13:
../include/asm/segment.h: Assembler messages:
../include/asm/segment.h:27: Error: bad register name '%sil'
make[1]: *** [stat.o] Error 1
make[1]: Leaving directory '***/linux-0.11/fs'
make: *** [fs/fs.o] Error 2


出错原因：


fs 目录下的 Makefile 中编译选项使用了 -O 优化选项导致寄存器错误




解决方法：


将fs目录下的Makefile 文件中的 
CFLAGS =-Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer \ 
修改为
CFLAGS =-Wall -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer \ 


14、make


tools/build.c: In function 'main':
tools/build.c:75: warning: implicit declaration of function 'MAJOR'
tools/build.c:76: warning: implicit declaration of function 'MINOR'
tmp/ccsMKTAS.o: In function 'main':
build.c:(.text+0xe1): undefined reference to 'MAJOR'
build.c:(.text+0xf7): undefined reference to 'MINOR'
collect2: ld returned 1 exit status 


出错原因：'MAJOR' 和 'MINOR' 未定义


解决办法： 


我们可以在 include/linux/fs.h 文件中找到


#define MAJOR(a) (((unsigned)(a))>>8)
#define MINOR(a) ((a)&0xff) 


而在 tools/build.c 中也有包含 #include <linux/fs.h>
那么再看第一层目录中的主 Makefile 文件


tools/build: tools/build.c
$(CC) $(CFLAGS) \
-o tools/build tools/build.c


好象确实没有引用头文件


简单的添加 -Iinclude 
重新编译后出现一堆报标准C库头文件的错误


再添加 -nostdinc 
又报 stderr fprintf 之类的错误


没折，只好将
#define MAJOR(a) (((unsigned)(a))>>8)
#define MINOR(a) ((a)&0xff) 
添加到 tools/build.c 文件中，然后删除 #include <linux/fs.h>


15、make


make[1]: Leaving directory '***/linux-0.11/lib'
ld -s -x -M boot/head.o init/main.o \
kernel/kernel.o mm/mm.o fs/fs.o \
kernel/blk_drv/blk_drv.a kernel/chr_drv/chr_drv.a \
kernel/math/math.a \
lib/lib.a \
-o tools/system > System.map
ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 08048a0
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer \
-o tools/build tools/build.c
tools/build boot/bootsect boot/setup tools/system /dev/hd6 > Image
/dev/hd6: No such file or directory
Couldn't stat root device.
make: *** [Image] Error 1


解决办法：


将第一层主 Makefile 文件中的


tools/system: boot/head.o init/main.o \
$(ARCHIVES) $(DRIVERS) $(MATH) $(LIBS)
$(LD) $(LDFLAGS) boot/head.o init/main.o \
$(ARCHIVES) \
$(DRIVERS) \
$(MATH) \
$(LIBS) \
-o tools/system > System.map


修改为


tools/system: boot/head.o init/main.o \
$(ARCHIVES) $(DRIVERS) $(MATH) $(LIBS)
$(LD) $(LDFLAGS) boot/head.o init/main.o \
$(ARCHIVES) \
$(DRIVERS) \
$(MATH) \
$(LIBS) \
-o tools/system 
nm tools/system | grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aU] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)'| sort > System.map 


nm命令将目标文件中的各种符号列出来。




ROOT_DEV=/dev/hd6 修改为 ROOT_DEV=


16、make


/DISCARD/
*(.note.GNU-stack)
*(.gnu_debuglink)
*(.gnu.lto_*)
OUTPUT(tools/system elf32-i386)
nm tools/system | grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aU] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)'| sort > System.map 
nm: tools/system: no symbols
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer \
-o tools/build tools/build.c
tools/build boot/bootsect boot/setup tools/system > Image
Root device is (3, 6)
Boot sector 512 bytes.
Setup is 312 bytes.
Non-Gcc header of 'system'
make: *** [Image] Error 1


解决办法：


将第一层主 Makefile 文件中的


LDFLAGS =-s -x -M 
修改为 
LDFLAGS =-m elf_i386 -Ttext 0 -e startup_32




Image: boot/bootsect boot/setup tools/system tools/build
tools/build boot/bootsect boot/setup tools/system $(ROOT_DEV) > Image
sync
修改为
Image: boot/bootsect boot/setup tools/system tools/build
objcopy -O binary -R .note -R .comment tools/system tools/kernel
tools/build boot/bootsect boot/setup tools/kernel $(ROOT_DEV) > Image
rm tools/kernel -f
sync


objcopy命令能复制和转化目标文件 
objcopy -O binary -R .note -R .comment tools/system tools/kernel
-O binary tools/system tools/kernel将 tools/system 生成二进制文件 tools/kernel
-R .note -R .comment 删除 .note段 和 .comment 段




将 tools/build.c 文件中的
if (((long *) buf)[5] != 0)
die("Non-GCC header of 'system'");
这段代码注释掉
//if (((long *) buf)[5] != 0)
// die("Non-GCC header of 'system'");


17、make


ld -m elf_i386 -Ttext 0 -e startup_32 boot/head.o init/main.o \
kernel/kernel.o mm/mm.o fs/fs.o \
kernel/blk_drv/blk_drv.a kernel/chr_drv/chr_drv.a \
kernel/math/math.a \
lib/lib.a \
-o tools/system
nm tools/system | grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aU] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)'| sort > System.map 
gcc -Wall -O -fstrength-reduce -fomit-frame-pointer \
-o tools/build tools/build.c
objcopy -O binary -R .note -R .comment tools/system tools/kernel
tools/build boot/bootsect boot/setup tools/system > Image
Root device is (3, 6)
Boot sector 512 bytes.
Setup is 312 bytes.
System is 128323 bytes.
rm tools/kernel -f
sync


终于编译 linux 内核 0.11 版本成功了！






最后也可以利用赵炯博士在http://www.oldlinux.org/Linux.old/kernel/0.1x/ 这里提供了修改 linux-0.11-060618-gcc4.tar.gz 好的 0.11版本的内核进行编译，只要修改以下 Makefile 里 -mcpu=i386 为 -march=i386 还需要将 kernel/blk_drv/blk.h 文件第87行 将 #elif 修改为 #else 就可以编译通过了。






总结：编译需要一个过程，学习也是同样需要一个过程。虽然可以利用赵博士修改好的 kernel-0.11 版快速的编译内核，但是那样就不会遇到太多有价值的编译问题，而解决这些问题就是一个学习过程，相信赵博士在编译0.11版本内核的时候也遇到了这些问题。这样我想起了高中解数学难题的时候，高手解体时总是省略了一些因式分解的过程，而对于菜鸟来说这些省略的过程是非常重要的。


转自：http://hi.baidu.com/ccx360/blog/item/be8980025f4829107bec2c9e.html