linux內(nèi)核入門(mén) Chapter 9

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1、第9章編譯Linux內(nèi)核本章包括：9.1工具鏈9.2編譯內(nèi)核源代碼小結(jié)習(xí)題到此為止,我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)了linux內(nèi)核子系統(tǒng)，也探究了系統(tǒng)的初始化函數(shù)。同樣，了解內(nèi)核映像的創(chuàng)建也是非常重要的。本章將討論內(nèi)核映像的編譯和鏈接過(guò)程，并考察內(nèi)核的編譯過(guò)程。9.1工具鏈（toolchain）工具鏈（toolchain）是創(chuàng)建linux內(nèi)核映像的一組程序集合。鏈的概念源于一工具的輸出將作為另一工具的輸入這一特點(diǎn)。工具鏈包含編譯程序、匯編程序和鏈接程序。從技術(shù)上講，還需一個(gè)文本編輯器。本節(jié)只討論前三個(gè)工具。開(kāi)發(fā)軟件時(shí)工具鏈必不可少，當(dāng)然，軟件

2、開(kāi)發(fā)工具包（SDK）也是必需的。編譯程序（compiler）是一個(gè)轉(zhuǎn)換程序，可將高級(jí)源語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成低級(jí)目標(biāo)語(yǔ)言（objectlanguage）。目標(biāo)代碼是運(yùn)行在目標(biāo)系統(tǒng)上并依賴于機(jī)器的一系列指令。匯編程序（assembler）也是一個(gè)轉(zhuǎn)換程序，可將匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成與編譯程序相同的目標(biāo)代碼。其不同之處在于：匯編程序產(chǎn)生的機(jī)器指令與匯編語(yǔ)句一一對(duì)應(yīng)，而高級(jí)語(yǔ)言的每條語(yǔ)句可能對(duì)應(yīng)多條機(jī)器指令。如你所知，linux源代碼中與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的某些文件是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，它們調(diào)用匯編程序?qū)⑵渚幾g為目標(biāo)代碼。鏈接編輯程序（linkeditor）

3、或鏈接程序（linker）可將多個(gè)可執(zhí)行模塊鏈接成一個(gè)單元，以便執(zhí)行。圖9.1說(shuō)明了工具鏈的鏈?zhǔn)疥P(guān)系。鏈接程序?qū)殉绦虻哪繕?biāo)代碼與它使用的所有函數(shù)庫(kù)鏈接起來(lái)。編譯程序中含有標(biāo)志位，可供用戶選擇編譯級(jí)別。例如：圖9.1中可以看到，編譯程序可以直接產(chǎn)生機(jī)器代碼，也可以先編譯成匯編語(yǔ)言，再經(jīng)由匯編程序把它組合成計(jì)算機(jī)可直接執(zhí)行的機(jī)器指令。9.1.1編譯程序通常，編譯程序也具有鏈?zhǔn)教匦?，它分成多步?zhí)行，一步的輸出作為下一步的輸入，圖9.2是其圖解。編譯的第一步是詞法掃描（scanner），它將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序拆分為一一個(gè)個(gè)的單詞符

4、號(hào)（tokens）。接下來(lái)，語(yǔ)法分析（parser）階段根據(jù)一定的語(yǔ)法規(guī)則將這些符號(hào)組織起來(lái)，并由上下文分析階段根據(jù)語(yǔ)義屬性進(jìn)一步組織這些符號(hào)。優(yōu)化程序可提高所解析的符號(hào)的效率，代碼生成階段則產(chǎn)生目標(biāo)代碼。編譯程序輸出符號(hào)表和可重定位的目標(biāo)代碼。換句話說(shuō)，每一個(gè)已編譯的模塊其起始地址都是0，鏈接時(shí)必須重定位到合適的位置。圖9.2編譯程序的操作過(guò)程9.1.2交叉編譯工具包通常自然地（natively）運(yùn)行，這就意味著編譯代碼的系統(tǒng)和運(yùn)行目標(biāo)代碼的系統(tǒng)相同。如果在x86系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)內(nèi)核，把它裝載到另一個(gè)（或同樣的）x86系統(tǒng)

5、上時(shí)，無(wú)須進(jìn)行任何編譯工作。功能強(qiáng)大的Macs和數(shù)量繁多的x86工具包可將代碼編譯成能在相應(yīng)體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行的代碼。但是，如果我們想在一種平臺(tái)下編寫(xiě)代碼，而在另一種平臺(tái)下運(yùn)行呢？聽(tīng)來(lái)容易做來(lái)難！考慮一下嵌入式市場(chǎng)，嵌入式系統(tǒng)通常是在有限內(nèi)存和I/O接口的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其功能。無(wú)論控制的是汽車(chē)，路由器還是手機(jī)，這些設(shè)備都不足以容納一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境（更不用說(shuō)監(jiān)視器和鍵盤(pán)）。解決的辦法就是，讓開(kāi)發(fā)者利用他們功能強(qiáng)大、相對(duì)廉價(jià)的工作站作為宿主機(jī)（hostsystems）來(lái)開(kāi)發(fā)代碼，然后將這些代碼下載到目標(biāo)系統(tǒng)（targetsy

6、stem）上進(jìn)行檢測(cè)。因而稱之為交叉編譯！例如：你可能是PowerPC嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者，該系統(tǒng)使用405處理器。而你的臺(tái)式機(jī)絕大多數(shù)都是x86的。通過(guò)使用gcc，你可以在這些臺(tái)式機(jī)上完成所有開(kāi)發(fā)工作（包括C程序和匯編程序），只要在編譯時(shí)使用-mcpu=405選項(xiàng)了解更多應(yīng)用于IBMRS/6000(POWER)及PowerPC的ｇcc選項(xiàng)，可登錄：http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/RS_002f6000-and-PowerPC-Options.html#RS_002f6000-and-Pow

7、erPC-Options就可以了。這樣產(chǎn)生的目標(biāo)代碼具有405處理器特有的指令和尋址方式。之后就可以把目標(biāo)代碼下載到嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行并調(diào)試。這樣做看起來(lái)確實(shí)很乏味，但是對(duì)資源有限的嵌入式系統(tǒng)而言，它大大節(jié)省了內(nèi)存。在這種特殊環(huán)境下，許多用于交叉編譯的輔助開(kāi)發(fā)調(diào)試工具也應(yīng)運(yùn)而生。9.1.3鏈接程序編譯一個(gè)C程序時(shí)（例如，“Helloworld”），生成的代碼遠(yuǎn)不止.c文件中的這三四行。鏈接程序的工作就是找出所有引用的外部模塊并鏈接起來(lái)。這些外部模塊或函數(shù)庫(kù)一般來(lái)自于開(kāi)發(fā)者、操作系統(tǒng)和Ｃ運(yùn)行庫(kù)（printf（）的出處）。鏈接程序

8、取出這些函數(shù)庫(kù)，修訂指針位置（重定位），并交叉引用模塊中的解析符號(hào)，最終產(chǎn)生一個(gè)可執(zhí)行模塊。符號(hào)可以是全局的也可以是局部的。全局符號(hào)可以在模塊內(nèi)部定義，或由另一模塊外部引用。鏈接程序要找到與模塊相關(guān)的所有符號(hào)的定義。（注意：內(nèi)核開(kāi)發(fā)者無(wú)法使用用戶函數(shù)庫(kù)。）對(duì)于普通函數(shù)，內(nèi)核自身有對(duì)應(yīng)的函數(shù)