如何将部分映射到 ELF 输出文件的段？
How to map the section to the segment from an ELF output file?
好吧，我已经用汇编语言编写了一个引导加载程序，并试图从中加载一个 C 内核。
这是引导加载程序：
bits 16
xor ax,ax
jmp 0x0000:boot
extern kernel_main
global boot
boot:
mov ah, 0x02 ; load second stage to memory
mov al, 1 ; numbers of sectors to read into memory
mov dl, 0x80 ; sector read from fixed/usb disk ;0 for floppy; 0x80 for hd
mov ch, 0 ; cylinder number
mov dh, 0 ; head number
mov cl, 2 ; sector number
mov bx, 0x8000 ; load into es:bx segment :offset of buffer
int 0x13 ; disk I/O interrupt
mov ax, 0x2401
int 0x15 ; enable A20 bit
mov ax, 0x3
int 0x10 ; set vga text mode 3
cli
lgdt [gdt_pointer] ; load the gdt table
mov eax, cr0
or eax,0x1 ; set the protected mode bit on special CPU reg cr0
mov cr0, eax
jmp CODE_SEG:boot2 ; long jump to the code segment
gdt_start:
dq 0x0
gdt_code:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10011010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_data:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10010010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_end:
gdt_pointer:
dw gdt_end - gdt_start
dd gdt_start
CODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_start
bits 32
boot2:
mov ax, DATA_SEG
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
; mov esi,hello
; mov ebx,0xb8000
;.loop:
; lodsb
; or al,al
; jz haltz
; or eax,0x0100
; mov word [ebx], ax
; add ebx,2
; jmp .loop
;haltz:
;hello: db "Hello world!",0
mov esp,kernel_stack_top
jmp kernel_main
cli
hlt
times 510 -($-$$) db 0
dw 0xaa55
section .bss
align 4
kernel_stack_bottom: equ $
resb 16384 ; 16 KB
kernel_stack_top:
这是 C 内核：
__asm__("cli\n");
void kernel_main(void){
const char string[] = "012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012";
volatile unsigned char* vid_mem = (unsigned char*) 0xb8000;
int j=0;
while(string[j]!='[=11=]'){
*vid_mem++ = (unsigned char) string[j++];
*vid_mem++ = 0x09;
}
for(;;);
}
现在我将这两个源代码分别编译成一个 ELF 输出文件。
并通过链接器脚本链接它们并输出原始二进制文件并使用 qemu 加载它。
链接描述文件：
ENTRY(boot)
OUTPUT_FORMAT("binary")
SECTIONS{
. = 0x7c00;
.boot1 : {
*(.boot)
}
.kernel : AT(0x7e00){
*(.text)
*(.rodata)
*(.data)
_bss_start = .;
*(.bss)
*(COMMON)
_bss_end = .;
*(.comment)
*(.symtab)
*(.shstrtab)
*(.strtab)
}
/DISCARD/ : {
*(.eh_frame)
}
}
使用构建脚本：
nasm -f elf32 boot.asm -o boot.o
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-gcc -m32 kernel.c -o kernel.o -e kernel_main -Ttext 0x0 -nostdlib -ffreestanding -std=gnu99 -mno-red-zone -fno-exceptions -nostdlib -Wall -Wextra
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-ld boot.o kernel.o -o kernel.bin -T linker3.ld
qemu-system-x86_64 kernel.bin
但我 运行 遇到了一个小问题。
注意 C 内核中的字符串
const char string[] = "012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012";
当其大小等于或小于 64 字节时（以及空终止符）。那么程序就可以正常工作了。
然而，当字符串大小从 64 字节增加时，程序似乎无法运行
我尝试自己调试它，观察到当字符串大小小于或等于 64 字节时，输出 ELF 文件，kernel.o 具有以下内容：
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF32
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: EXEC (Executable file)
Machine: Intel 80386
Version: 0x1
Entry point address: 0x1
Start of program headers: 52 (bytes into file)
Start of section headers: 4412 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 52 (bytes)
Size of program headers: 32 (bytes)
Number of program headers: 1
Size of section headers: 40 (bytes)
Number of section headers: 7
Section header string table index: 4
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .text PROGBITS 00000000 001000 0000bd 00 AX 0 0 1
[ 2] .eh_frame PROGBITS 000000c0 0010c0 000034 00 A 0 0 4
[ 3] .comment PROGBITS 00000000 0010f4 000011 01 MS 0 0 1
[ 4] .shstrtab STRTAB 00000000 001105 000034 00 0 0 1
[ 5] .symtab SYMTAB 00000000 001254 0000a0 10 6 6 4
[ 6] .strtab STRTAB 00000000 0012f4 00002e 00 0 0 1
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
p (processor specific)
There are no section groups in this file.
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
LOAD 0x001000 0x00000000 0x00000000 0x000f4 0x000f4 R E 0x1000
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00 .text .eh_frame
There is no dynamic section in this file.
There are no relocations in this file.
The decoding of unwind sections for machine type Intel 80386 is not currently supported.
Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 000000c0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
4: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS kernel.c
5: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS
6: 00000001 188 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 kernel_main
7: 000010f4 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 2 __bss_start
8: 000010f4 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 2 _edata
9: 000010f4 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 2 _end
No version information found in this file.
但是当字符串的大小超过 64 字节时，内容是这样的：
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF32
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: EXEC (Executable file)
Machine: Intel 80386
Version: 0x1
Entry point address: 0x1
Start of program headers: 52 (bytes into file)
Start of section headers: 4432 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 52 (bytes)
Size of program headers: 32 (bytes)
Number of program headers: 1
Size of section headers: 40 (bytes)
Number of section headers: 8
Section header string table index: 5
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .text PROGBITS 00000000 001000 000083 00 AX 0 0 1
[ 2] .rodata PROGBITS 00000084 001084 000041 00 A 0 0 4
[ 3] .eh_frame PROGBITS 000000c8 0010c8 000038 00 A 0 0 4
[ 4] .comment PROGBITS 00000000 001100 000011 01 MS 0 0 1
[ 5] .shstrtab STRTAB 00000000 001111 00003c 00 0 0 1
[ 6] .symtab SYMTAB 00000000 001290 0000b0 10 7 7 4
[ 7] .strtab STRTAB 00000000 001340 00002e 00 0 0 1
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
p (processor specific)
There are no section groups in this file.
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
LOAD 0x001000 0x00000000 0x00000000 0x00100 0x00100 R E 0x1000
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00 .text .rodata .eh_frame
There is no dynamic section in this file.
There are no relocations in this file.
The decoding of unwind sections for machine type Intel 80386 is not currently supported.
Symbol table '.symtab' contains 11 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 00000084 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 000000c8 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
4: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4
5: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS kernel.c
6: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS
7: 00000001 130 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 kernel_main
8: 00001100 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 3 __bss_start
9: 00001100 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 3 _edata
10: 00001100 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 3 _end
No version information found in this file.
我注意到字符串现在位于 .rodata 部分，大小为 41 十六进制或 65 字节，必须映射到一个段，可能是第 0 个段，它是 NULL。
并且该程序无法找到 .rodata。
我无法让它工作。我了解 ELF 结构，但我不知道如何使用它们。
导致大部分问题的两个严重问题是：
- 当所有代码都希望在 0x0000:0x7e00
处的引导加载程序之后加载内核时，您将磁盘的第二个扇区加载到 0x0000:0x8000
- 您将
kernel.c 直接编译为可执行名称 kernel.o。您应该将其编译为适当的目标文件，以便在您 运行 ld. 时它可以通过预期的链接阶段
要解决内核加载到错误内存位置的问题，更改：
mov bx, 0x8000 ; load into es:bx segment :offset of buffer
至：
mov bx, 0x7e00 ; load into es:bx segment :offset of buffer
要解决将 kernel.c 编译为名为 kernel.o 的可执行 ELF 文件的问题，删除 -e kernel_main -Ttext 0x0 并将其替换为 -c。 -c 选项强制 GCC 生成可以与 LD 正确链接的目标文件。变化：
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-gcc -m32 kernel.c -o kernel.o -e kernel_main -Ttext 0x0 -nostdlib -ffreestanding -std=gnu99 -mno-red-zone -fno-exceptions -nostdlib -Wall -Wextra
至：
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-gcc -m32 -c kernel.c -o kernel.o -nostdlib -ffreestanding -std=gnu99 -mno-red-zone -fno-exceptions -Wall -Wextra
较长字符串失败的原因
小于 64 字节的字符串起作用的原因是编译器通过用立即值初始化堆栈上的数组以位置无关的方式生成代码。当大小达到 64 字节时，编译器将字符串放入 .rodata 部分，然后通过从 .rodata 复制它来初始化堆栈上的数组。这使您的代码位置依赖。您的代码以错误的偏移量加载，并且起点不正确，导致代码引用了错误的地址，因此失败。
其他观察结果
- 您应该在调用
kernel_main 之前将 BSS (.bss) 部分初始化为 0。这可以在汇编中通过遍历从偏移量 _bss_start 到偏移量 _bss_end. 的所有字节来完成
.comment 部分将被发送到您的二进制文件中，结果会浪费字节。你应该把它放在 /DISCARD/ 部分。- 您应该将 BSS 部分放在链接描述文件中所有其他部分之后，这样它就不会占用
kernel.bin 中的 space
- 在
boot.asm中，您应该在读取磁盘扇区之前将SS:SP（堆栈指针）设置在开头附近。它应该设置在一个不会干扰你的代码的地方。这在将数据从磁盘读入内存时尤为重要，因为您不知道 BIOS 将当前堆栈放在哪里。您不想阅读当前堆栈区域的顶部。将它设置在 0x0000:0x7c00 的引导加载程序下方应该可以工作。
- 在调用 C 代码之前，您应该清除方向标志以确保字符串指令使用向前移动。您可以使用 CLD 指令执行此操作。
- 在
boot.asm 中，您可以使用 BIOS 在 DL 寄存器中传递的引导驱动器编号，而不是将其硬编码为值，从而使您的代码更通用0x80（0x80为第一个硬盘）
- 您可以考虑使用
-O3 打开优化，或使用优化级别 -Os 来优化代码大小。
- 您的链接描述文件虽然产生了正确的结果，但并没有完全按照您期望的方式工作。您从未在 NASM 文件中声明
.boot 部分，因此在链接描述文件的 .boot1 输出部分中实际上没有放置任何内容。它之所以有效，是因为它包含在 .kernel 输出部分的 .text 部分中。
- 最好从汇编文件中删除填充和引导签名并将其移动到链接描述文件
- 与其让你的链接描述文件直接输出二进制文件，输出为默认的 ELF 可执行格式更有用。然后，您可以使用 OBJCOPY 将 ELF 文件转换为二进制文件。这允许您使用将作为 ELF 可执行文件的一部分出现的调试信息进行构建。 ELF 可执行文件可用于符号调试 QEMU.
中的二进制内核
- 与其直接使用 LD 进行链接，不如使用 GCC。这样做的好处是可以在不指定库的完整路径的情况下添加
libgcc 库。 libgcc 是 C 使用 GCC 生成代码可能需要的一组例程
修改后的源代码、链接描述文件和构建命令并考虑到上述观察结果：
boot.asm:
bits 16
section .boot
extern kernel_main
extern _bss_start
extern _bss_len
global boot
jmp 0x0000:boot
boot:
; Place realmode stack pointer below bootloader where it doesn't
; get in our way
xor ax, ax
mov ss, ax
mov sp, 0x7c00
mov ah, 0x02 ; load second stage to memory
mov al, 1 ; numbers of sectors to read into memory
; Remove this, DL is already set by BIOS to current boot drive number
; mov dl, 0x80 ; sector read from fixed/usb disk ;0 for floppy; 0x80 for hd
mov ch, 0 ; cylinder number
mov dh, 0 ; head number
mov cl, 2 ; sector number
mov bx, 0x7e00 ; load into es:bx segment :offset of buffer
int 0x13 ; disk I/O interrupt
mov ax, 0x2401
int 0x15 ; enable A20 bit
mov ax, 0x3
int 0x10 ; set vga text mode 3
cli
lgdt [gdt_pointer] ; load the gdt table
mov eax, cr0
or eax,0x1 ; set the protected mode bit on special CPU reg cr0
mov cr0, eax
jmp CODE_SEG:boot2 ; long jump to the code segment
gdt_start:
dq 0x0
gdt_code:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10011010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_data:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10010010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_end:
gdt_pointer:
dw gdt_end - gdt_start
dd gdt_start
CODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_start
bits 32
boot2:
mov ax, DATA_SEG
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
; Zero out the BSS area
cld
mov edi, _bss_start
mov ecx, _bss_len
xor eax, eax
rep stosb
mov esp,kernel_stack_top
call kernel_main
cli
hlt
section .bss
align 4
kernel_stack_bottom: equ $
resb 16384 ; 16 KB
kernel_stack_top:
kernel.c:
void kernel_main(void){
const char string[] = "01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234";
volatile unsigned char* vid_mem = (unsigned char*) 0xb8000;
int j=0;
while(string[j]!='[=15=]'){
*vid_mem++ = (unsigned char) string[j++];
*vid_mem++ = 0x09;
}
for(;;);
}
linker3.ld:
ENTRY(boot)
SECTIONS{
. = 0x7c00;
.boot1 : {
*(.boot);
}
.sig : AT(0x7dfe){
SHORT(0xaa55);
}
. = 0x7e00;
.kernel : AT(0x7e00){
*(.text);
*(.rodata*);
*(.data);
_bss_start = .;
*(.bss);
*(COMMON);
_bss_end = .;
_bss_len = _bss_end - _bss_start;
}
/DISCARD/ : {
*(.eh_frame);
*(.comment);
}
}
构建此引导加载程序和内核的命令：
nasm -g -F dwarf -f elf32 boot.asm -o boot.o
i686-elf-gcc -g -O3 -m32 kernel.c -c -o kernel.o -ffreestanding -std=gnu99 \
-mno-red-zone -fno-exceptions -Wall -Wextra
i686-elf-gcc -nostdlib -Wl,--build-id=none -T linker3.ld boot.o kernel.o \
-lgcc -o kernel.elf
objcopy -O binary kernel.elf kernel.bin
要使用 QEMU 符号调试 32 位内核，您可以这样启动 QEMU：
qemu-system-i386 -fda kernel.bin -S -s &
gdb kernel.elf \
-ex 'target remote localhost:1234' \
-ex 'break *kernel_main' \
-ex 'layout src' \
-ex 'continue'
这将在 QEMU 中启动您的 kernel.bin 文件，然后远程连接 GDB 调试器。布局应显示源代码并在 kernel_main.
处中断
好吧，我已经用汇编语言编写了一个引导加载程序，并试图从中加载一个 C 内核。
这是引导加载程序：
bits 16
xor ax,ax
jmp 0x0000:boot
extern kernel_main
global boot
boot:
mov ah, 0x02 ; load second stage to memory
mov al, 1 ; numbers of sectors to read into memory
mov dl, 0x80 ; sector read from fixed/usb disk ;0 for floppy; 0x80 for hd
mov ch, 0 ; cylinder number
mov dh, 0 ; head number
mov cl, 2 ; sector number
mov bx, 0x8000 ; load into es:bx segment :offset of buffer
int 0x13 ; disk I/O interrupt
mov ax, 0x2401
int 0x15 ; enable A20 bit
mov ax, 0x3
int 0x10 ; set vga text mode 3
cli
lgdt [gdt_pointer] ; load the gdt table
mov eax, cr0
or eax,0x1 ; set the protected mode bit on special CPU reg cr0
mov cr0, eax
jmp CODE_SEG:boot2 ; long jump to the code segment
gdt_start:
dq 0x0
gdt_code:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10011010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_data:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10010010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_end:
gdt_pointer:
dw gdt_end - gdt_start
dd gdt_start
CODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_start
bits 32
boot2:
mov ax, DATA_SEG
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
; mov esi,hello
; mov ebx,0xb8000
;.loop:
; lodsb
; or al,al
; jz haltz
; or eax,0x0100
; mov word [ebx], ax
; add ebx,2
; jmp .loop
;haltz:
;hello: db "Hello world!",0
mov esp,kernel_stack_top
jmp kernel_main
cli
hlt
times 510 -($-$$) db 0
dw 0xaa55
section .bss
align 4
kernel_stack_bottom: equ $
resb 16384 ; 16 KB
kernel_stack_top:
这是 C 内核：
__asm__("cli\n");
void kernel_main(void){
const char string[] = "012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012";
volatile unsigned char* vid_mem = (unsigned char*) 0xb8000;
int j=0;
while(string[j]!='[=11=]'){
*vid_mem++ = (unsigned char) string[j++];
*vid_mem++ = 0x09;
}
for(;;);
}
现在我将这两个源代码分别编译成一个 ELF 输出文件。 并通过链接器脚本链接它们并输出原始二进制文件并使用 qemu 加载它。
链接描述文件：
ENTRY(boot)
OUTPUT_FORMAT("binary")
SECTIONS{
. = 0x7c00;
.boot1 : {
*(.boot)
}
.kernel : AT(0x7e00){
*(.text)
*(.rodata)
*(.data)
_bss_start = .;
*(.bss)
*(COMMON)
_bss_end = .;
*(.comment)
*(.symtab)
*(.shstrtab)
*(.strtab)
}
/DISCARD/ : {
*(.eh_frame)
}
}
使用构建脚本：
nasm -f elf32 boot.asm -o boot.o
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-gcc -m32 kernel.c -o kernel.o -e kernel_main -Ttext 0x0 -nostdlib -ffreestanding -std=gnu99 -mno-red-zone -fno-exceptions -nostdlib -Wall -Wextra
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-ld boot.o kernel.o -o kernel.bin -T linker3.ld
qemu-system-x86_64 kernel.bin
但我 运行 遇到了一个小问题。 注意 C 内核中的字符串
const char string[] = "012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012";
当其大小等于或小于 64 字节时（以及空终止符）。那么程序就可以正常工作了。
然而，当字符串大小从 64 字节增加时，程序似乎无法运行
我尝试自己调试它，观察到当字符串大小小于或等于 64 字节时，输出 ELF 文件，kernel.o 具有以下内容：
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF32
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: EXEC (Executable file)
Machine: Intel 80386
Version: 0x1
Entry point address: 0x1
Start of program headers: 52 (bytes into file)
Start of section headers: 4412 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 52 (bytes)
Size of program headers: 32 (bytes)
Number of program headers: 1
Size of section headers: 40 (bytes)
Number of section headers: 7
Section header string table index: 4
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .text PROGBITS 00000000 001000 0000bd 00 AX 0 0 1
[ 2] .eh_frame PROGBITS 000000c0 0010c0 000034 00 A 0 0 4
[ 3] .comment PROGBITS 00000000 0010f4 000011 01 MS 0 0 1
[ 4] .shstrtab STRTAB 00000000 001105 000034 00 0 0 1
[ 5] .symtab SYMTAB 00000000 001254 0000a0 10 6 6 4
[ 6] .strtab STRTAB 00000000 0012f4 00002e 00 0 0 1
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
p (processor specific)
There are no section groups in this file.
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
LOAD 0x001000 0x00000000 0x00000000 0x000f4 0x000f4 R E 0x1000
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00 .text .eh_frame
There is no dynamic section in this file.
There are no relocations in this file.
The decoding of unwind sections for machine type Intel 80386 is not currently supported.
Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 000000c0 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
4: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS kernel.c
5: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS
6: 00000001 188 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 kernel_main
7: 000010f4 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 2 __bss_start
8: 000010f4 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 2 _edata
9: 000010f4 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 2 _end
No version information found in this file.
但是当字符串的大小超过 64 字节时，内容是这样的：
ELF Header:
Magic: 7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Class: ELF32
Data: 2's complement, little endian
Version: 1 (current)
OS/ABI: UNIX - System V
ABI Version: 0
Type: EXEC (Executable file)
Machine: Intel 80386
Version: 0x1
Entry point address: 0x1
Start of program headers: 52 (bytes into file)
Start of section headers: 4432 (bytes into file)
Flags: 0x0
Size of this header: 52 (bytes)
Size of program headers: 32 (bytes)
Number of program headers: 1
Size of section headers: 40 (bytes)
Number of section headers: 8
Section header string table index: 5
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg Lk Inf Al
[ 0] NULL 00000000 000000 000000 00 0 0 0
[ 1] .text PROGBITS 00000000 001000 000083 00 AX 0 0 1
[ 2] .rodata PROGBITS 00000084 001084 000041 00 A 0 0 4
[ 3] .eh_frame PROGBITS 000000c8 0010c8 000038 00 A 0 0 4
[ 4] .comment PROGBITS 00000000 001100 000011 01 MS 0 0 1
[ 5] .shstrtab STRTAB 00000000 001111 00003c 00 0 0 1
[ 6] .symtab SYMTAB 00000000 001290 0000b0 10 7 7 4
[ 7] .strtab STRTAB 00000000 001340 00002e 00 0 0 1
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings), I (info),
L (link order), O (extra OS processing required), G (group), T (TLS),
C (compressed), x (unknown), o (OS specific), E (exclude),
p (processor specific)
There are no section groups in this file.
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
LOAD 0x001000 0x00000000 0x00000000 0x00100 0x00100 R E 0x1000
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00 .text .rodata .eh_frame
There is no dynamic section in this file.
There are no relocations in this file.
The decoding of unwind sections for machine type Intel 80386 is not currently supported.
Symbol table '.symtab' contains 11 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND
1: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1
2: 00000084 0 SECTION LOCAL DEFAULT 2
3: 000000c8 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3
4: 00000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4
5: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS kernel.c
6: 00000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS
7: 00000001 130 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 kernel_main
8: 00001100 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 3 __bss_start
9: 00001100 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 3 _edata
10: 00001100 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 3 _end
No version information found in this file.
我注意到字符串现在位于 .rodata 部分，大小为 41 十六进制或 65 字节，必须映射到一个段，可能是第 0 个段，它是 NULL。 并且该程序无法找到 .rodata。
我无法让它工作。我了解 ELF 结构，但我不知道如何使用它们。
导致大部分问题的两个严重问题是：
- 当所有代码都希望在 0x0000:0x7e00 处的引导加载程序之后加载内核时，您将磁盘的第二个扇区加载到 0x0000:0x8000
- 您将
kernel.c直接编译为可执行名称kernel.o。您应该将其编译为适当的目标文件，以便在您 运行ld. 时它可以通过预期的链接阶段
要解决内核加载到错误内存位置的问题，更改：
mov bx, 0x8000 ; load into es:bx segment :offset of buffer
至：
mov bx, 0x7e00 ; load into es:bx segment :offset of buffer
要解决将 kernel.c 编译为名为 kernel.o 的可执行 ELF 文件的问题，删除 -e kernel_main -Ttext 0x0 并将其替换为 -c。 -c 选项强制 GCC 生成可以与 LD 正确链接的目标文件。变化：
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-gcc -m32 kernel.c -o kernel.o -e kernel_main -Ttext 0x0 -nostdlib -ffreestanding -std=gnu99 -mno-red-zone -fno-exceptions -nostdlib -Wall -Wextra
至：
/home/rakesh/Desktop/cross-compiler/i686-elf-4.9.1-Linux-x86_64/bin/i686-elf-gcc -m32 -c kernel.c -o kernel.o -nostdlib -ffreestanding -std=gnu99 -mno-red-zone -fno-exceptions -Wall -Wextra
较长字符串失败的原因
小于 64 字节的字符串起作用的原因是编译器通过用立即值初始化堆栈上的数组以位置无关的方式生成代码。当大小达到 64 字节时，编译器将字符串放入 .rodata 部分，然后通过从 .rodata 复制它来初始化堆栈上的数组。这使您的代码位置依赖。您的代码以错误的偏移量加载，并且起点不正确，导致代码引用了错误的地址，因此失败。
其他观察结果
- 您应该在调用
kernel_main之前将 BSS (.bss) 部分初始化为 0。这可以在汇编中通过遍历从偏移量_bss_start到偏移量_bss_end. 的所有字节来完成
.comment部分将被发送到您的二进制文件中，结果会浪费字节。你应该把它放在/DISCARD/部分。- 您应该将 BSS 部分放在链接描述文件中所有其他部分之后，这样它就不会占用
kernel.bin 中的 space
- 在
boot.asm中，您应该在读取磁盘扇区之前将SS:SP（堆栈指针）设置在开头附近。它应该设置在一个不会干扰你的代码的地方。这在将数据从磁盘读入内存时尤为重要，因为您不知道 BIOS 将当前堆栈放在哪里。您不想阅读当前堆栈区域的顶部。将它设置在 0x0000:0x7c00 的引导加载程序下方应该可以工作。 - 在调用 C 代码之前，您应该清除方向标志以确保字符串指令使用向前移动。您可以使用 CLD 指令执行此操作。
- 在
boot.asm中，您可以使用 BIOS 在 DL 寄存器中传递的引导驱动器编号，而不是将其硬编码为值，从而使您的代码更通用0x80（0x80为第一个硬盘） - 您可以考虑使用
-O3打开优化，或使用优化级别-Os来优化代码大小。 - 您的链接描述文件虽然产生了正确的结果，但并没有完全按照您期望的方式工作。您从未在 NASM 文件中声明
.boot部分，因此在链接描述文件的.boot1输出部分中实际上没有放置任何内容。它之所以有效，是因为它包含在.kernel输出部分的.text部分中。 - 最好从汇编文件中删除填充和引导签名并将其移动到链接描述文件
- 与其让你的链接描述文件直接输出二进制文件，输出为默认的 ELF 可执行格式更有用。然后，您可以使用 OBJCOPY 将 ELF 文件转换为二进制文件。这允许您使用将作为 ELF 可执行文件的一部分出现的调试信息进行构建。 ELF 可执行文件可用于符号调试 QEMU. 中的二进制内核
- 与其直接使用 LD 进行链接，不如使用 GCC。这样做的好处是可以在不指定库的完整路径的情况下添加
libgcc库。libgcc是 C 使用 GCC 生成代码可能需要的一组例程
修改后的源代码、链接描述文件和构建命令并考虑到上述观察结果：
boot.asm:
bits 16
section .boot
extern kernel_main
extern _bss_start
extern _bss_len
global boot
jmp 0x0000:boot
boot:
; Place realmode stack pointer below bootloader where it doesn't
; get in our way
xor ax, ax
mov ss, ax
mov sp, 0x7c00
mov ah, 0x02 ; load second stage to memory
mov al, 1 ; numbers of sectors to read into memory
; Remove this, DL is already set by BIOS to current boot drive number
; mov dl, 0x80 ; sector read from fixed/usb disk ;0 for floppy; 0x80 for hd
mov ch, 0 ; cylinder number
mov dh, 0 ; head number
mov cl, 2 ; sector number
mov bx, 0x7e00 ; load into es:bx segment :offset of buffer
int 0x13 ; disk I/O interrupt
mov ax, 0x2401
int 0x15 ; enable A20 bit
mov ax, 0x3
int 0x10 ; set vga text mode 3
cli
lgdt [gdt_pointer] ; load the gdt table
mov eax, cr0
or eax,0x1 ; set the protected mode bit on special CPU reg cr0
mov cr0, eax
jmp CODE_SEG:boot2 ; long jump to the code segment
gdt_start:
dq 0x0
gdt_code:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10011010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_data:
dw 0xFFFF
dw 0x0
db 0x0
db 10010010b
db 11001111b
db 0x0
gdt_end:
gdt_pointer:
dw gdt_end - gdt_start
dd gdt_start
CODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_start
bits 32
boot2:
mov ax, DATA_SEG
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
; Zero out the BSS area
cld
mov edi, _bss_start
mov ecx, _bss_len
xor eax, eax
rep stosb
mov esp,kernel_stack_top
call kernel_main
cli
hlt
section .bss
align 4
kernel_stack_bottom: equ $
resb 16384 ; 16 KB
kernel_stack_top:
kernel.c:
void kernel_main(void){
const char string[] = "01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234";
volatile unsigned char* vid_mem = (unsigned char*) 0xb8000;
int j=0;
while(string[j]!='[=15=]'){
*vid_mem++ = (unsigned char) string[j++];
*vid_mem++ = 0x09;
}
for(;;);
}
linker3.ld:
ENTRY(boot)
SECTIONS{
. = 0x7c00;
.boot1 : {
*(.boot);
}
.sig : AT(0x7dfe){
SHORT(0xaa55);
}
. = 0x7e00;
.kernel : AT(0x7e00){
*(.text);
*(.rodata*);
*(.data);
_bss_start = .;
*(.bss);
*(COMMON);
_bss_end = .;
_bss_len = _bss_end - _bss_start;
}
/DISCARD/ : {
*(.eh_frame);
*(.comment);
}
}
构建此引导加载程序和内核的命令：
nasm -g -F dwarf -f elf32 boot.asm -o boot.o
i686-elf-gcc -g -O3 -m32 kernel.c -c -o kernel.o -ffreestanding -std=gnu99 \
-mno-red-zone -fno-exceptions -Wall -Wextra
i686-elf-gcc -nostdlib -Wl,--build-id=none -T linker3.ld boot.o kernel.o \
-lgcc -o kernel.elf
objcopy -O binary kernel.elf kernel.bin
要使用 QEMU 符号调试 32 位内核，您可以这样启动 QEMU：
qemu-system-i386 -fda kernel.bin -S -s &
gdb kernel.elf \
-ex 'target remote localhost:1234' \
-ex 'break *kernel_main' \
-ex 'layout src' \
-ex 'continue'
这将在 QEMU 中启动您的 kernel.bin 文件，然后远程连接 GDB 调试器。布局应显示源代码并在 kernel_main.