[转贴]内核版之OS设计

1.djgpp下的make 可能不认识长文件名. 总说no rule to make ....
也可能是版本低. 总之使用短一点的文件名称好.

2.把bootsect osimg 使用copy /b 连接成一个文件. 可以直接作为vmWare的虚拟软驱使用. 真是方便.^_^
注意:最好加上pad 使之大于1.44M.

3. NASM version 0.98 的bug
如果你向elf添加了自定义的section ,nasm就会把文件弄坏! (只可有 .text, .data, or .bss, 切记)

4. CygWin 和 MinGW32 把 BSS size 用错误的方式存入了 BSS section header.
这是bug, 就是因此, 这些工具不能和NASM 或者微软的编译器交互!.

5. CygWin and MinGW32 linkers crash when asked to make a binary kernel.
嗐! 我是不用这两个东西! 因此下面的东西我也不翻译了.
You can get around this to some extent by linking to PE format with identical memory alignment and file alignment:

ld --oformat pei-i386 --file-alignment 0x1000 --section-alignment 0x1000 ...
Now you have a 'binary' kernel with a 4096-byte PE header at the beginning, which the bootloader can skip over (thanks to Tim Robinson for this idea). Note that this may still fail if you have user-defined sections that come after the BSS.

6. 注意连接脚本的bug!:
这样写有错误:
.bss: {
*(.bss)
*(.common)
end = . ; _end = . ;
}
一些有bug的 ld 会把 'end' 放在common 和 bss中间. 所以应该这样写:
...
*(.common)
}
end = .; _end = . ;
(thanks to Jarek Pelczar for finding this bug)

7. DJGPP 的elf 工具好像有bug?!
如果你的内核仅仅有 .text, .data, and .bss sections, 还可以使用 objcopy 把 DJGPP COFF 转换到 ELF.

8. Bootloader 'foo' 不能装载我的 'bar' 核
根据 Multiboot 标准(GRUB就如此) , 一个保护模式的 kernel 不能依赖 GDT 的布局, 段描述符, 或bootloader建立的选择子. 你的核要做好防御性的措施啊! 不要对bootloader有所假设! 做到这一点大概需要使用汇编核相对地址.

9.只使用可用 RAM
段地址:偏移地址.......线性地址............... 使用情况
0000:0000-0000:03FF 000000-0003FF 中断向量表interrupt vector table
0040:0000-0040:00FF 000400-0004FF BIOS 数据区
0050:0000-0050:76FF 000500-007BFF 空闲常规内存(CONVENTIONAL MEMORY )
0000:7C00-0000:7DFF 007C00-007DFF 引导扇区
0000:7E00-9000:FBFF 007E00-09FBFF 空闲常规内存
9000:FC00-9000:FFFF 09FC00-09FFFF 扩展BIOS 数据区(EBDA)
A000:0000-F000:FFFF 0A0000-0FFFFF video memory 和BIOS ROMs
FFFF:000F-FFFF:FFFF 100000-10FFEF 高端内存区 (HMA)
10FFF0- 空闲扩展内存

引导扇区程序可能超出 007C00-007DFF, 决定于如何写. 可以在内核或第二阶段的装载完成后覆盖这段内存.

EBDA 这里说是1K. 有些计算机没有 EBDA, 有些大于 1K. 用BIOS 中断 INT 12h or INT 15h AX=E820h 可以找到常规内存的顶端, 不要使用超过这个限制的常规内存.

DOS 7+ 自动加载HIMEM.SYS , 然后把自己放到HMA. 最好不把你的内核装到HMA .最好使用 XMS 分配一段扩展内存. 这样可以防止把其他 XMS 的 'clients' , 像 SMARTDRV, 写掉.

Watch out for the case where HIMEM.SYS is loaded and SMARTDRV is also loaded in such a way that the free XMS memory block straddles a 4 meg line. If your kernel is loaded into this memory, and it uses paging, the kernel will need two pages tables to map the kernel memory. The kernel could be copied to 1 meg after it's been loaded. This will probably trash DOS, so do it just before entering pmode.

10.内核 code 和 data 没有连接到正确的地址
请使用连接脚本 (see 'More linker gotchas', below).

可以先连接到非binary 如COFF, ELF, PE, 然后 dump the symbols and disassemble the kernel, 最后转换到 binary:
ld -g -Tcoffkrnl.ld -o krnl.cof $(OBJS) lib/libc.a
objdump --line-numbers --source krnl.cof >krnl.lst
nm --line-numbers krnl.cof | sort >krnl.sym
objcopy -O binary krnl.cof krnl.bin
这样可以检查 krnl.lst and krnl.sym ,看看是不是正确的定位了内核的code 和data.

对于 x86, 内核的数据段对连接和定位的错误很敏感,因为许多代码使用 EIP-相对寻址. 你的内核启动代码可以检测看看内核的数据段是不是被正确的连接,定位和加载:

DS_MAGIC equ 3544DA2Ah

[SECTION .text]
[BITS 32]
GLOBAL entry
entry:
call where_am_i ; where did the loader put us?
where_am_i:
pop esi ; ESI=physical adr (where we are)
sub esi,where_am_i ; subtract virtual adr (where we want to be)
; now ESI=virt-to-phys
cmp dword [esi + ds_magic],DS_MAGIC
je ds_ok
mov word [0B8000h],9F44h ; display blinking white-on-blue 'D'
jmp short $ ; freeze
ds_ok:
...

[SECTION .data]
ds_magic:
dd DS_MAGIC
...

More linker gotchas
ld -Ttext=NNN ... 会把代码段定位于地址 NNN, 但是 ld 仍然使用缺省的连接脚本定位 .data 和 .bss. 所以使用自己的连接脚本是一个好的选择.

下面列出的方法均不能在binary kernel中生成一个清零的BSS:
objcopy -O binary krnl.cof krnl.bin
ld --oformat binary -o krnl.bin $(OBJS)
如果你把一个文件附加到binary kernel,
copy /b krnl.bin + ramdisk.bin boot.bin
如果内核试图在地址 'end' 访问附加文件的话, 会发现得到不正确的结果. 因为附加文件覆盖了内核的BSS段,当内核的启动代码或者bootloader清除内核的BSS段时,附加的文件会被擦掉.

11. 从C程序编译的 binary kernel 之Entry point
C 编译的程序其入口不一定是c文件中的第一个函数,试试下面的方法:
copy con hello.c (cat >hello.c for Unix)
#include
int main(void) { printf("hello"); return 0; }
^Z (^D for Unix)
gcc -c -O2 -g hello.c
objdump --disassemble hello.o
00000000 <.text>:
hello 0: 68 65 6c 6c 6f push $0x6f6c6c65
/0 5: 00 89 f6 55 89 e5 add %cl,0xe58955f6(%ecx)
00000008 <_main>:
在.text 段的第一个东东不是main(), 而是字符串 'hello'. 可以把 main() 单独放在一个文件中:
int main(void) { return real_main_in_another_file(); }
或者在文件开头放一个伪 main() 并且文件开始处没有变量或文字:
int real_main(int arg_c, char *arg_v[]);
int main(int arg_c, char *arg_v[])
{ return real_main(arg_c, arg_v); }
/* ... */
int real_main(int arg_c, char *arg_v[])
{ /* ... */ }
再者, 使用编译选项 -fwritable-strings:
gcc -fwritable-strings ...
一个相关的问题: COFF 重定位 (.o) 文件没有 a.out 头, 因此 entry point 不能指定. 可以假定 entry point 始 .text section的开始, 注意这里提到的方法,可以把C 程序的entry放在.text的开始.

12.一些东东需要线性地址 (LINEAR addresses)
通常的基于段的地址转换不应用到LGDT指令的 "伪描述符" 中, IDT and LIDT 也是如此. 必须自己做转换:
... ; now in real mode
xor ebx,ebx
mov bx,ds
shl ebx,4
add [gdt_ptr + 2],ebx
lgdt [gdt_ptr]
...
gdt:
... ; your GDT here
gdt_end:

gdt_ptr:
dw gdt_end - gdt - 1
dd gdt ; this address is converted to linear

13. 显示输出不工作
也许你这样访问video memory :
*(unsigned char *)0xB8000 = 'A';
只有kernel data从0 开始时这句程序才工作. 如果你的 OS 没有这个条件,就要定义一个单独的保护模式段描述符,基址为 0, 然后使用 far pointer 功能访问 video memory. 假定 LINEAR_SEL 是0基址的段:
#include /* DJGPP only */
...
_farpokeb(LINEAR_SEL, 0xB8000, 'A');
或者, 使用virt_to_phys的转换:
*(unsigned char *)(0xB8000 - virt_to_phys) = 'A';
为了使near pointers 起到作用, kernel data 段必须没有限制 (i.e. limit = 4 Gig - 1 = 0xFFFFFFFF).

14.使用BIOS调用得到正确的内存大小
CMOS 不会报告大于 63.999 meg (65535/1024) 的扩展内存 , 也不会报告扩展内存的'holes' , 也就是在 15 meg and 16 meg 中间的1m的holes,这个洞存在于特定的 16-bit SVGA 板, 特定的 OSes, 特定的 BIOS 设置.
直接探测会有问题:

地址回绕: 大于64 meg 的地址回到 0.
当探测到使用内存映射的硬件的地址时会引起机器'冻结' .
PC 可能使用一种奇异的方法打开 A20 门; 这种机制不支持直接的内存探测.
未使用volatile的C代码, 或者有bug的compiler 即使使用 volatile 也会产生错误的代码.
总线挂空时,即使没有内存也会使探测成功.
如果你非得使用直接探测,看看这个直接内存探测

15. 麻烦的A20
没有一种单独的方法可以在所有的pc机上控制 A20 (HIMEM.SYS 支持 17 种不同的方法). 因此:
不要打开 A20, 如果不是必要的话.
如果需要把一些东西拷贝到扩展内存, 使用INT 15h AH=87h. bios 会自动控制 A20 .
可以使用 INT 15h AH=89h 进入 pmode.
如果使用自己的代码打开 A20, 请在打开后检测一下.
你的代码应该多试几种方法.
如果 HIMEM.SYS 已经加载, 使用他的 XMS 服务去控制 A20.
我就要使用自己的代码, 有一个可用就行了.^_^

16.只能从键盘得到一个中断?!
如果你不在你的ISR中清除或复位中断, 你将不能收到后续的interrupt. 对于所有的设备,你必须清除 8259 中断控制芯片. 对于 IRQs 0-7:
outportb(0x20, 0x20);
对于 IRQs 8-15:
outportb(0xA0, 0x20);
outportb(0x20, 0x20);
也必须清掉产生这个中断的设备的某个控制位. 通常是读一个 I/O 寄存器.
Timer: (只需要在 8259 芯片清除一把即可)
Keyboard: 从I/O 口 0x60 读扫描码即可
Realtime clock: outportb(0x70, 0x0C); (void)inportb(0x71);
IDE disk: 从I/O 口0x1F7读状态字节就行.

17. 中断处理函数的重入问题
不要在中断处理中使用 printf() ! printf() 和许多其他的函数不能重入. 也不要使用浮点运算.

18. 混合 16位和 32位的代码
使用 aout, .obj (OMF) 或其他支持混合代码的文件格式:
nasm -f elf x.asm
x.asm:30: ELF format does not support non-32-bit relocations
16-bit objects 必须小于 64K (0x10000). 否则:
ld -s -oformat binary -Ttext=0x10000 -ox.bin x.o y.o
x.o(.text+0x13): relocation truncated to fit: 16 text
最后, linker 必须支持你使用的 object 文件的格式:
ld-elf -o test test.o
test.o: file not recognized: File format not recognized
如果你不能满足这种条件,那你必须把 16- 和 32-bit 代码放到不同的文件中.
不要忘记把 BSS清零!
无初值的全局和静态的局部变量存储于 uninitialized data segment (BSS). bootloader 和 kernel startup code 中的一个必须 zero the BSS.

19. 16-bit DPMI 的问题( with Turbo or Borland C for DOS)
Borland C for DOS (version 3.1 or newer) 和 Turbo C for DOS (version 3.0 or newer, not the free version 2.0) 使用16-bit 的DPMI. 这个和DJGPP冲突, DJGPP使用 32-bit的 DPMI. 如果你混合使用 Borland and DJGPP 的工具, 你会发现一些奇怪的信息:
在纯dos 环境下, 使用 DJGPP MAKE (32-bit DPMI) 调用 Turbo C 3.0 (16-bit DPMI) :

c:/tc/bin/tcc.exe -v -mt -w -O2 -d -Z -1 -D__STARTUP_ASM__=1 -c -oboot.obj boot.c
16-bit DPMI unsupported.
make.exe: *** [tboot.exe] Error 1
Using DJGPP MAKE to invoke Turbo C 3.0 from Windows DOS box
(note the absence of error message text):
c:/tc/bin/tcc.exe -v -mt -w -O2 -d -Z -1 -D__STARTUP_ASM__=1 -c -oboot.obj boot.c
make.exe: *** [tboot.exe] Error 234

在纯dos 下用Turbo C 3.0 的MAKE 调用 DJGPP :
gcc -c boot.c
Load error: no DPMI - Get csdpmi*b.zip

** error 110 ** deleting all
Using Turbo C 3.0 MAKE to invoke DJGPP from Windows DOS box:
gcc -c boot.c
Load error: can't switch mode

** error 106 ** deleting all
修正你的方法吧. 在紧要关头, 也可以用 Borland MAKER.EXE 调用 DJGPP 的工具. MAKER.EXE 运行于 real mode, 而不是 16-bit pmode.

20. 连接的问题: C to asm, or C++ to C, or C++ to asm
External C 和 asm 的函数在C++ 代码中调用时必须使用如下的方式声明:
extern "C" void mul64(long *, long, long); /* 32*32 -> 64 multiply */
者就会禁止 'name-mangling' (名称窜改), C++ 使用这种方式实现多态.
参见 http://www.parashift.com/c++-faq-lite/mixing-c-and-cpp.html

一些编译器 (mainly those for DOS and Windows) 在C程序中定义的名称前加了一个下划线. 汇编中如果调用c程序时必须考虑到这个习惯:

; extern unsigned long virt_to_phys;
GLOBAL _virt_to_phys
_virt_to_phys:
dd 0

; /* extern */ void blink(void);
GLOBAL _blink
_blink:
push ebx
mov ebx,0B8000h
sub ebx,[_virt_to_phys]
inc byte [ebx]
pop ebx
ret

21. 汇编的labels 使用和指令相同的名称
在 NASM中可以避免这个问题, 在label前加上 $ , 但是 label并没有这个$, 他只是告诉 NASM 这是一个标号, 不是保留字:
GLOBAL $cli
$cli:
cli
ret
(Thanks to Julian Hall for this tip.)

22.objcopy -O binary ... 产生的垃圾
确信把你不想要的 sections 从核中移走::
# -g 去掉debug sections (.stabs, .stabstr)
objcopy -g -O binary -R .note -R .comment krnl.elf krnl.bin
MinGW32 objcopy 据说有bug. 我真的不要他了!

23. 用RAWRITE安装bootsect 的问题
RAWRITE DOS 版本把3到一个track的东西一次写道磁盘 .如果用他来安装 bootsector 到一个 FAT12 的floppy, 他会覆盖第一个 FAT. (我不知道是不是 Windows 版本的 RawWrite 更好些, partcopy又怎么样?)

24.Turbo C .EXE 文件太大了
编译 (tcc -v ...) 或连接 (tlink /v ...) 时如果使用 debug 选项暗示着 TLINK /v /i ...
/i 选项放一个清零了的 BSS 到 .EXE 文件中. 通常情况下, 只有BSS 的大小在 .EXE 文件头 , BSS memory 在他装载的时候分配.

25.fixed or forbidden register ... was spilled'
新版本的 GNU 汇编程序对行内汇编的 clobber lists 的处理有所不同, 尽管下面的代码使用老版本的 GNU assembler 时工作的很好, 但是现在我们认为这是不正确的::
static inline void
memset(void *__dest, unsigned int __fill, unsigned int __size)
{
__asm__ __volatile__ ("cld
rep
stosb" :
/* no outputs */ :
"c" (__size),
"a" (__fill),
"D" (__dest) :
"ecx","eax","edi","memory");
}
因为 ECX, EAX, and EDI 同时存在于 clobber list 和input constraints. 所以要把他们从 clobber list移出:
...
"D" (__dest) :
"memory");
}
这样就可以无错的编译了.

26.不要把你的Linux program 命名为 'test'
test 是(bash)的一个内嵌命令. 如果你的程序叫test, 很不幸, 实际运行的程序是内嵌的那个. 咋一看, 什么都没有! 上帝,这不是你的错!.

一个关于链接脚本的问题
内核镜像是如果映射到3G去的？
[ jkl ]对.prvious的解释
[ Feiyun ]Linux makefiles (Linux 2.4.9)
如何解读vmlinux.lds.S文件?

Q.freshground (old hand)

我看到一个链接脚本的sections段的描述如下：
SECTIONS
{
. = ALIGN(4); //为什么这儿没有指定具体的地址，他的默认值是什么？
.text : { *(.text) }

. = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) }

. = ALIGN(4); //数据段也没有指定地址，如果我的程序是在ROM里运行的话，会有什么问题吗？
.data : { *(.data) }

. = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }
}

而在内核的链接脚本里都指定了地址。

A: xiongjs (member)

.默认从0开始,随着输出段的大小递增.

内核镜像是如果映射到3G去的？

arch/i386/vmlinux.lds

在i386/kernel/head.S中
很快就使用__PAGE_OFFSET了，可是文件头的stext是在什么地方变成3G+1M的？

在page_offset.h中定义了PAGE_OFFSET_RAW，在vmlinux.lds.S中.=PAGE_OFFSET_RAW+0x100000，这个位置就是stext的位置。然后自然在head.S中对此有映射了。

你看的不是x86的吧？
再说vmlinux.lds 中是_text标志，还是和stext没关系呀？

你从2.3.2 Provisional Kernel Page Tables开始看。它讲了如何从实地址模式转换到虚地址模式，其中就讲了如何吧内核映射到3G以上的空间的。

好好看看ld -e的说明你可能知道为什么stext就是_text。呵呵。

还有啊，为什么vmlinux.lds中很多个标致都使用"."？这不就是3G+1M吗，那他们不是都在一样的映射地方了？
. = 0xC0000000 + 0x100000;
_text = .; /* Text and read-only data */
.text : {
*(.text)
*(.fixup)
*(.gnu.warning)
} = 0x9090
.text.lock : { *(.text.lock) } /* out-of-line lock text */

_etext = .; /* End of text section */
text段的开头和结尾都一样？

it's all about binutils and elf;

1. >ld -e symbol
set value of symbol to elf header->entry

"entry" is said to be start of the program; and here, it is the start point of kernel. after bootloader loads kernel image, it jumps to "entry", which is "startup" code refered below;

2. >how kernel maps to 3G?
binutils says "the image should be mapped to 3G" as vmlinux.ld.S indicated , and records this information in ELF header; and "startup" code in kernel sets up the page-table and enter virtual(protect) mode to make sure kernel is really mapped to virutal address, which is from ELF header either.

真是高人！有些明白了
不过还有一个问题想问一下:
ld会把head.S的标志地址都映射到3G+1M空间去，那么
ld -e stext 告诉了机器的是真实物理地址呢?还是虚拟地址?
也就是说这个stext是经过映射的了，还是在映射之前的呢？

其实你根本没必要去管虚拟地址或者真实地址。IP(x86中)是一个一个递增的，但为什么我们要制定地址呢？那就是因为程序中存在ljmp等跳转指令必须为他们制定确切的地址。
这里当然是虚拟地址，因为在运行这些的时候，已经切换到虚模式啦

既然碰见了专家，就要问明白 :-)
1 在vmlinux.lds中为什么有.text=. 和_etext=.？那不是都等于3G+1M了吗？
2 System.map所显示的内容是就是vmlinux的解压缩内核内容吧？

symbol "." stands for "current position"; except setting it explicitly, it increases automaticly according to storage allocated; so _etext = _stext + ALIGN(code size of .text + .text.lock).

[ jkl ]对.prvious的解释回复

张贴者： lucian_yao (journeyman)
张贴日期 03/24/01 21:14

.previous伪指令恢复当前段的前一个段作为当前段，由于ELF中允许用.section自定义段，这里的.previous作用就是恢复.text作为当前段。
或许应该说恢复到当前.section定义之前的段作为当前段。

#define RESTORE_ALL /
popl 離; /
popl 靫; /
popl 韝; /
popl % esi; /
popl 韎; /
popl 雙; /
popl 陎; /
1: popl %ds; /
2: popl % es; /
addl $4,% esp; /
3: iret; /
.section .fixup,"ax"; /
4: movl $0,(% esp); /
jmp 1b; /
5: movl $0,(% esp); /
jmp 2b; /
6: pushl %ss; /
popl %ds; /
pushl %ss; /
popl %es; /
pushl $11; /
call do_exit; /
.previous; /
.section __ex_table,"a";/
.align 4; /
.long 1b,4b; /
.long 2b,5b; /
.long 3b,6b; /
.previous
这是asm/entry.S中的一段代码，用到了两个.previous指示符,它的意思是不是把
.section .fixup,"ax";.section __ex_table,"a";汇编到各自定义的段中，然后
跳回去，将这之后的的代码汇编到.text段中，也就是自定义段之前的段？是不是这个
意思，请指教。

对，.section与.previous还必须配对使用。

The .previous directive forces the assembler to insert the code that follows into section that was active when the last .section directive was encountered. .section directive allows programmers to specify which section of the executable file contains the code that follows.

<< Understanding Linux Kernel >>P245

.section .fixup,"ax";
.section __ex_table,"a";

請問這2句中的"ax","a"表示身麼?

'a' section是可分配的
'x' section是可执行的

更多内容参看info as

///
//
// makefile.txt
// Copyright(C) 2001, Feiyun Wang
//
// analysis on Linux makefiles (Linux 2.4.9)
//

//
// linux/Makefile
include arch/i386/Makefile
depend: generate linux/.depend
config: generate linux/.config
vmlinux: generate linux/vmlinux
// entry point ".text" in linux/arch/i386/kernel/head.S
$(LD) -T $(TOPDIR)/arch/i386/vmlinux.lds -e .text
+ arch/i386 (from linux/arch/i386/Makefile)
kernel/head.o
kernel/init_task.o
init/main.o
init/version.o
+ arch/i386 (from linux/arch/i386/Makefile)
kernel/kernel.o
mm/mm.o
kernel/kernel.o
mm/mm.o
fs/fs.o
ipc/ipc.o
drivers/...
char/char.o
block/block.o
misc/misc.o
net/net.o
media/media.o
cdrom/driver.o
+ arch/i386 (from linux/arch/i386/Makefile)
math-emu/math.o (ifdef CONFIG_MATH_EMULATION)
net/network.o
lib/lib.a
+ arch/i386 (from linux/arch/i386/Makefile)
lib/lib.a
System.map: $(NM) vmlinux | ... > System.map

//
// linux/arch/i386/vmlinux.lds
OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386", "elf32-i386")
OUTPUT_ARCH(i386)
ENTRY(_start) /* overridden by command line option -e .text */
.text = 0xC0000000 + 0x100000;
.text /* unallocated holes filled with 0x9090, NOP */
.text.lock
_.text ;
.rodata
.kstrtab

ALIGN(16)
__start___ex_table ;
__ex_table
__stop___ex_table = __start___e_table + SIZEOF(__ex_table);

__start___ksymtab ;
__ksymtab
__stop___ksymtab = __start___ksymtab + SIZEOF(__ksymtab);

.data
_edata ;
ALIGN(8192)
.data.init_task
ALIGN(4096)
__init_begin ;
.text.init
.data.init

ALIGN(16)
__setup_start ;
.setup.init
__setup_end = __setup_start + SIZEOF(.setup.init);

__initcall_start ;
.initcall.init
__initcall_end = __initcall_start + SIZEOF(.initcall.init);
ALIGN(4096)
__init_end;

ALIGN(4096)
.data.page_aligned : { *(.data.idt) }
ALIGN(32)
.data.cacheline_aligned

__bss_start ;
.bss
_end = __bss_start + SIZEOF(.bss);

/DISCARD/ { *(.text.exit) *(.data.exit) *(.exitcall.exit) }
.stab 0 : { *(.stab) }
.stabstr 0 : { *(.stabstr) }
.stab.excl 0 : { *(.stab.excl) }
.stab.exclstr 0 : { *(.stab.exclstr) }
.stab.index 0 : { *(.stab.index) }
.stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr) }
.comment 0 : { *(.comment) }

//
// linux/arch/i386/Makefile
The right side are targets in linux/arch/i386/boot/Makefile
zImage compressed: zImage
zlilo: zlilo with BOOTIMAGE=zImage
zdisk: zdisk with BOOTIMAGE=zImage
bzImage: bzImage
bzlilo: zlilo with BOOTIMAGE=bzImage
bzdisk: zdisk with BOOTIMAGE=bzImage
install: install with BOOTIMAGE=bzImage

//
// linux/arch/i386/boot/Makefile
compressed/vmlinux & compressed/bvmlinux are targets in
linux/arch/i386/boot/compressed/Makefile
zImage:
$(OBJCOPY) compressed/vmlinux compressed/vmlinux.out
tools/build bootsect setup compressed/vmlinux.out $(ROOT_DEV) > zImage
bzImage:
$(OBJCOPY) compressed/bvmlinux compressed/bvmlinux.out
tools/build -b bbootsect bsetup compressed/bvmlinux.out $(ROOT_DEV) >bzImage
zlilo: cat $(BOOTIMAGE) > $(INSTALL_PATH)/vmlinuz; lilo
zdisk: dd bs=8192 if=$(BOOTIMAGE) of=/dev/fd0
install: sh -x ./install.sh $(KERNELRELEASE) $(BOOTIMAGE) /
$(TOPDIR)/System.map "$(INSTALL_PATH)"

bootsect: $(LD) -.text 0x0 -s --oformat binary bootsect.o
setup: $(LD) -.text 0x0 -s --oformat binary -e be.text setup.o
bbootsect: $(LD) -.text 0x0 -s --oformat binary bbootsect.o
bsetup: $(LD) -.text 0x0 -s --oformat binary -e be.text bsetup.o

tool/build.c builds a disk-image from three different files:
- bootsect: exactly 512 bytes, load the rest, i386/boot/bootsect.S
- setup: set up system parameters, i386/boot/setup.S
- system: 80386 code for actual system, i386/boot/compressed/(b)vmlinux

//
// linux/arch/i386/boot/compressed/Makefile
piggy.o: contains int input_len, pointer input_data & zipped linux/vmlinux
vmlinux: $(LD) -.text 0x1000 -e startup_32 -o vmlinux head.o misc.opiggy.o
bvmlinux: $(LD) -.text 0x100000 -e startup_32 -o bvmlinux head.o misc.opiggy.o

//
// Linux bzImage
The last step of "make bzImage":
linux/arch/i386/tools/build -b bbootsect bsetup bvmlinux $(ROOT_DEV) >bzImage
-b option means is_big_kernel

It will output the following to stdout (redirected to bzImage) one by one:
bbootsect
from linux/arch/i386/boot/bootsect.S with -D__BIG_KERNEL__
512 bytes
bsetup
from linux/arch/i386/boot/setup.S with -D__BIG_KERNEL__
4 sectors (padded) or more, sector aligned
bvmlinux
- head.o (from linux/arch/i386/boot/compressed/head.S)
- misc.o (from linux/arch/i386/boot/compressed/misc.c)
- zipped linux/vmlinux

It will change some of the contents from input:

Offset Size Content

1F1(497) Byte setup_sectors (>=4)

1F4(500) Word bvmlinux in paragraph (16
bytes)

1FC(508) Byte root dev minor

1FD(509) Byte root dev major

We can use the following command to create a bootable floppy:
dd bs=8192 if=bzImage of=/dev/fd0

如何解读vmlinux.lds.S文件

vmlinux.lds.S用于对ld的输出进行组版，这个文件的格式在ld.info手册中有详细的说明。
vmlinux.lds.S的主要目的是对输出文件中段进行排序，并定义相关的符号名，
以下是简要注释。

/* ld script to make i386 Linux kernel
* Written by Martin Mares ;
*/

OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386", "elf32-i386")
OUTPUT_ARCH(i386) /* 输出格式 */
ENTRY(_start) /* 定义_start作为入口点 */

SECTIONS{

. = PAGE_OFFSET_RAW + 0x100000; /* 定义当前段的偏移量（.代表当前计数器） */

_text = .; /* 定义符号_text为当前位置 */

.text : { /* 定义段.text （": {"是段定义符）*/
*(.text) /* 将所有输入文件中.text段合并到这里 */
*(.fixup) /* 将所有输入文件中的.fixup段合并到这里 */
*(.gnu.warning) /* 将所有输入文件中的.gnu.warning段合并到这里 */
} = 0x9090 /* 合并中的空隙用0x9090填充 */

/* 以下的语法含义可以类推 */
.text.lock : { *(.text.lock) } /* out-of-line lock text */
.rodata : { *(.rodata) }
.kstrtab : { *(.kstrtab) }

. = ALIGN(16); /* Exception table */

__start___ex_table = .; /* 定义__start_ex_table符号为当前位置 */
__ex_table : { *(__ex_table) }

__stop___ex_table = .;
__start___ksymtab = .; /* Kernel symbol table */
__ksymtab : { *(__ksymtab) }
__stop___ksymtab = .;

_etext = .; /* End of text section */

.data : { /* Data */
*(.data) CONSTRUCTORS /* 将C++的构造函数指针段合并到这里 */
}

_edata = .; /* End of data section */

. = ALIGN(8192); /* init_task */
.data.init_task : { *(.data.init_task) }
. = ALIGN(4096); /* Init code and data */
__init_begin = .; .text.init : { *(.text.init) }
.data.init : { *(.data.init) }
. = ALIGN(4096); /* 输出计数器在页边界上对齐 */
__init_end = .;

. = ALIGN(32);
.data.cacheline_aligned : { *(.data.cacheline_aligned) }
. = ALIGN(4096);
.data.page_aligned : { *(.data.idt) }

__bss_start = .; /* BSS */

.bss : {*(.bss) }
_end = . ;

/* Stabs debugging sections. */
.stab 0 : { *(.stab) } /* 0 是段属性，代表段的起始地址 */
.stabstr 0 : { *(.stabstr) }
.stab.excl 0 : { *(.stab.excl) }
.stab.exclstr 0 : { *(.stab.exclstr) }
.stab.index 0 : { *(.stab.index) }
.stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr) }
.comment 0 : { *(.comment) }

} /*end SECTIONS */

建议用"objdump --headers vmlinux"得到的组版结果.

17. 0.5.4 到此为止吧. 虽然改动不多, 费力却不少.

16. 为了调试3g处的内核, 使用die:jmp die 这种原始武器, 发现分页以后如果
重新加载内核gdt 就会死机, 并且是把选择子装入ds 拿那一刻.

我用section .data 把idt, gdt 放到数据段, 发现字符串输出都不正常了!
是一堆乱码!

努力总会感动上帝!
2002.10.5 8:53.
突然意识到, 代码在物理内存1M的地方, 1:1 映射!
不是-T 0xc0000000 , 而是-T 0xc0100000.
这样, 什么问题都没有了.
顺便把flag 清除到了全零状态.
现在, 把Makefile 写成-T 0xc0000000 或-T 0x100000 都可以正确工作.

section .data 也没有问题了.
mov esp,0xc0800000; 堆栈建在3g+8M 处.
vga.c : 驱动改成3g ok. 显存在0xc00b8000.
生成kerlsyb.txt kerllst.txt .
主意: 由于页表都使用了绝对定位, 所以引用时无须把地址减去3G.

15. 2002.10.4 试图仿照linux 把内核移到3g去运行, 但是, 始终不成功.
把setup_paging 函数去掉了省去了调用这一步.(因为-T
3g, 调用时必须用类似call setup_paging-3g 这样的语句.
我没有
试不知行不行! )
注:
调试时为了看3g处的页表有没有设置好使用:
mov edx, 0x310a330a
mov eax, 0xc00b8000
mov [eax],edx
测试0xc00b8000 地址是不是显存,以此确信页表正常.

CCFLAGS = -c -Wall -fno-builtin -nostdinc -fwritable-strings -mno-cygwin
ASFLAGS = -f win32

bootimg : fsector.bin setup.bin os.bin
cat -B $^ > $@
./genimg.sh $@

os.o: $(KERNEL_OBJS)
strip -N ___main -N __alloca main.o
$(LD) $(KERNEL_OBJS) -e Start_OS -Ttext 0xc0100000 -o $@

genimg.sh

$ cat genimg.sh
#!/bin/bash

OBS=`wc -c $1|awk '{print /$1}'`
IBS=`expr 1474560 - $OBS`
dd of=$@ if=/dev/zero seek=1 count=1 obs=$OBS ibs=$IBS

[转贴]内核版之OS设计

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