<摘录>Linux 环境下编译 0.11版本内核 kernel

系统环境：Fedora 13 + gcc-4.4.5

      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：ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/Historic/old-versions/

      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 "
 "rorl $16,%%edx "
 "movb %%dl,%1 "
 "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 "                  __asm__("push %%edx "    
       "rorl $16,%%edx "                        "movw %%dx,%0 "        
       "movb %%dl,%1 "                          "rorl $16,%%edx "       
       "movb %%dh,%2"                              "movb %%dl,%1 "         
       ::"m" (*((addr)+2)),                           "movb %%dh,%2 "             
         "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 "
       "je 1f "
       "movw %%dx,%1 "
       "xchgl %%ecx,_current "
       "ljmp %0 " ------------------------------这里修改为 "ljmp *%0 "
       "cmpl %%ecx,_last_task_used_math "
       "jne 1f "
       "clts "
       "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 "                        unsigned long __base;                                               
   movb %2,%%dl "                                     __asm__("movb %3,%%dh "
   shll $16,%%edx "                                    "movb %2,%%dl "
   movw %1,%%dx"                                          "shll $16,%%edx "
   "=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 "
"xor %ebx,%ebx "
"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 <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。