Linux 环境下编译 0.11版本内核 kernel

原创

ztguang_张同光 2022-03-15 16:06:00 ©著作权

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者ztguang_张同光的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

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'

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

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

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

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。

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