make qemu 背后发生了什么

make qemu

当我们执行make qemu的时候，实际上是在执行GNUMakefile中的

qemu: $(IMAGES) pre-qemu
	$(QEMU) $(QEMUOPTS)
#上面第一行冒号前面的部分，叫做"目标"（target），冒号后面的部分叫做"前置条件"（prerequisites）；第二行必须由一个tab键起首，后面跟着"命令"（commands）。
#"目标"是必需的，不可省略；"前置条件"和"命令"都是可选的，但是两者之中必须至少存在一个。
#每条规则就明确两件事：构建目标的前置条件是什么，以及如何构建。下面就详细讲解，每条规则的这三个组成部分。
#一个目标（target）就构成一条规则。目标通常是文件名，指明Make命令所要构建的对象。除了文件名，目标还可以是某个操作的名字，这称为"伪目标"（phony target）
#例如：
#clean:
#      rm *.o
#上面代码的目标是clean，它不是文件名，而是一个操作的名字，属于"伪目标 "，作用是删除对象文件。

所以当我们执行make qemu的时候，实际上是在执行：

$(QEMU) $(QEMUOPTS)。

#其中
$(QEMU) = qemu-system-i386
$(QEMUOPTS) = -drive file=$(OBJDIR)/kern/kernel.img,index=0,media=disk,format=raw -serial mon:stdio -gdb tcp::$(GDBPORT)

所以当我们执行$(QEMU) $(QEMUOPTS)的时候，实际上是在执行：

qemu-system-i386 -drive file=$(OBJDIR)/kern/kernel.img,index=0,media=disk,format=raw -serial mon:stdio -gdb tcp::$(GDBPORT)

kernel.img

其中，$(OBJDIR)/kern/kernel.img是一个尚未制作完成的文件，当用到他的时候才会开始制作，具体过程如下(完整文件见MIT6.828-Lab1-kern/Makefrag及注释 - Pril - 博客园 (cnblogs.com)）：

# How to build the kernel disk image
#构建kernel.img需要首先准备好$(OBJDIR)/kern/kernel和$(OBJDIR)/boot/boot
#dd命令可参考《Linux in Action》4.5节
#第一条dd命令：向$(OBJDIR)/kern/kernel.img中写入10000block个0x0字节(也可以理解为创建一个10000个block的镜像文件kernel.img~，每个block的大小可以有ibs选项设置，默认是512bytes)
#第二条dd命令：将编译出来的boot elf文件加载到kernel.img~的第一个block中
#第三条dd命令：第三步是将编译出来的kernel elf文件从第二个block开始加载到kernel.img中（seek=blocks：从输出文件开头跳过blocks个块后再开始复制。）
#第四条mv命令：将$(OBJDIR)/kern/kernel.img~改名为$(OBJDIR)/kern/kernel.img
$(OBJDIR)/kern/kernel.img: $(OBJDIR)/kern/kernel $(OBJDIR)/boot/boot
	@echo + mk $@
	$(V)dd if=/dev/zero of=$(OBJDIR)/kern/kernel.img~ count=10000 2>/dev/null
	$(V)dd if=$(OBJDIR)/boot/boot of=$(OBJDIR)/kern/kernel.img~ conv=notrunc 2>/dev/null
	$(V)dd if=$(OBJDIR)/kern/kernel of=$(OBJDIR)/kern/kernel.img~ seek=1 conv=notrunc 2>/dev/null
	$(V)mv $(OBJDIR)/kern/kernel.img~ $(OBJDIR)/kern/kernel.img

all: $(OBJDIR)/kern/kernel.img

$(OBJDIR)/kern/kernel（ELF文件）

从注释可知$(OBJDIR)/kern/kernel.img主要由$(OBJDIR)/boot/boot和$(OBJDIR)/kern/kernel组成，而且$(OBJDIR)/kern/kernel是一个ELF文件，其构成代码如下：

# How to build the kernel itself
#第一条命令：使用加号修饰符让命令始终执行。命令行执行时不受到 make 的 -n -t -q 三个参数的影响，忽略这三个参数。
#ld命令是二进制工具集GNU Binutils的一员，是GNU链接器，用于将目标文件与库链接为可执行程序或库文件。ld [options] <objfile...>
#第二条命令：
    #$(LD) -o $(KERN_LDFLAGS)：生成一个名为$@（obj/kern/kernel）的文件的文件，如何生成：通过链接$(KERN_OBJFILES)，$(GCC_LIB)和二进制文件-b binary $(KERN_BINFILES)
	    # $(KERN_BINFILES)在lab1定义为空，但是在lab3不是
	#$(KERN_LDFLAGS)：-m elf_i386 -T kern/kernel.ld -nostdlib
	    #ld -m elf_i386：输出为 elf 的目标格式，386是目标平台
		#ld -T kern/kernel.ld：使用kernel.ld作为链接器脚本。这个脚本替换了ld的默认链接器脚本
		#ld -nostdlib：不连接系统标准启动文件和标准库文件，只把指定的文件传递给连接器。这个选项常用于编译内核、bootloader等程序，它们不需要启动文件、标准库文件。
#第三条命令：
    #OBJDUMP -S 显示混合了反汇编的源代码
	#这条主要作用是反汇编obj/kern/kernel，生成kernel.asm文件
#第四条命令：
	#nm命令是linux下针对某些特定文件的分析工具，能够列出库文件（.a、.lib）、目标文件（*.o）、可执行文件的符号表
	#-n 、-v 或 --numeric-sort：按符号对应地址的顺序排序，而非按符号名的字符顺序。
	#分析obj/kern/kernel，生成obj/kern/kernel.sym文件
$(OBJDIR)/kern/kernel: $(KERN_OBJFILES) $(KERN_BINFILES) kern/kernel.ld \
	  $(OBJDIR)/.vars.KERN_LDFLAGS
	@echo + ld $@
	$(V)$(LD) -o $@ $(KERN_LDFLAGS) $(KERN_OBJFILES) $(GCC_LIB) -b binary $(KERN_BINFILES)
	$(V)$(OBJDUMP) -S $@ > $@.asm
	$(V)$(NM) -n $@ > $@.sym

根据注释可以知道kernel主要由$(KERN_OBJFILES)，$(GCC_LIB)和二进制文件-b binary $(KERN_BINFILES)通过链接命令ld链接而成，链接器脚本是kern/kernel.ld。

所以接下来我们分析$(KERN_OBJFILES)，$(GCC_LIB)和二进制文件$(KERN_BINFILES)

$(KERN_OBJFILES)

在最后面添加输出语句 echo $(KERN_OBJFILES)，然后make -n obj/kern/kernel，即可以看见这个变量的内容：

obj/kern/entry.o obj/kern/entrypgdir.o obj/kern/init.o obj/kern/console.o obj/kern/monitor.o obj/kern/pmap.o obj/kern/env.o obj/kern/kclock.o obj/kern/printf.o obj/kern/trap.o obj/kern/trapentry.o obj/kern/syscall.o obj/kern/kdebug.o  obj/kern/printfmt.o  obj/kern/readline.o  obj/kern/string.o

其实$(KERN_OBJFILES)是在KERN_SRCFILES的基础改变而来的：

KERN_SRCFILES :=	kern/entry.S \
			kern/entrypgdir.c \
			kern/init.c \
			kern/console.c \
			kern/monitor.c \
			kern/pmap.c \
			kern/env.c \
			kern/kclock.c \
			kern/picirq.c \
			kern/printf.c \
			kern/trap.c \
			kern/trapentry.S \
			kern/sched.c \
			kern/syscall.c \
			kern/kdebug.c \
			lib/printfmt.c \
			lib/readline.c \
			lib/string.c

通过列三个语句，我们就可以实现KERN_SRCFILES的改造，从而得到$(KERN_OBJFILES)

#OBJDIRS += kern
#$(patsubst a,b,c)是调用make的内置函数patsubst,功能是把文本c中的模式a替换为b
#第一条命令：将KERN_SRCFILES中的.c形式的字符串全部变成kern/%.o的字符串形式，例如lib/string.c =》obj/lib/string.o
#第二条命令：将KERN_OBJFILES（由KERN_SRCFILES转换而来)中的.S形式的字符串全部变成obj/%.o的字符串形式，例如obj/entry.S =》obj/kern/entry.o 
#第三条命令：将KERN_OBJFILES（由KERN_SRCFILES转换而来)中的obj/lib/%形式的字符串全部变成obj/kern/%的字符串形式,例如kern/kern/entry.o =》 kern/lib/entry.o
#总结：就是将KERN_SRCFILES中的“ %/%.c ” 或者 “ %/%.S ”全部变成 obj/kern/%.o （这里的改变都是指字符串的改变）
KERN_OBJFILES := $(patsubst %.c, $(OBJDIR)/%.o, $(KERN_SRCFILES))
KERN_OBJFILES := $(patsubst %.S, $(OBJDIR)/%.o, $(KERN_OBJFILES))
KERN_OBJFILES := $(patsubst $(OBJDIR)/lib/%, $(OBJDIR)/kern/%, $(KERN_OBJFILES))

但是问题来了，我们这样做只是实现了字符串上的改变，例如我们只是将kern/entry.S改成了obj/kern/entry.o，并没有真正实现编译，$(OBJDIR)/kern/kernel引用$(KERN_OBJFILES)的时候，只引用了类似obj/kern/entry.o这样的字符串，引用一个字符串又有什么意义呢？

我们真正想做的是，当我们引用obj/kern/entry.o，实际是在引用obj/kern中的entry.o文件，这个文件由kern/entry.S编译而来。

于是，在kern/Makefrag中，有这样一个函数，它的作用就是实现上述功能：

# How to build kernel object files
#$(@D)示"$@"的目录部分（不以斜杠作为结尾） ，如果"$@"值是"dir/foo.o"，那么"$(@D)"就是"dir"，而如果"$@"中没有包含斜杠的话，其值就是"."（当前目录） 。这里是$(OBJDIR)/kern
#CC	:= $(GCCPREFIX)gcc -pipe	#正常运行的话结果是i386-jos-elf-gcc -pipe
#makefile同名目标处理：合并依赖
#编译kern/,lib/下的.c，.S文件，生成的.o文件放在obj/kern下
#在调用$(KERN_OBJFILES)的时候将会调用到$(OBJDIR)/kern/%.o
$(OBJDIR)/kern/%.o: kern/%.c $(OBJDIR)/.vars.KERN_CFLAGS
	@echo + cc $<
	@mkdir -p $(@D)
	$(V)$(CC) -nostdinc $(KERN_CFLAGS) -c -o $@ $<

$(OBJDIR)/kern/%.o: kern/%.S $(OBJDIR)/.vars.KERN_CFLAGS
	@echo + as $<
	@mkdir -p $(@D)
	$(V)$(CC) -nostdinc $(KERN_CFLAGS) -c -o $@ $<

$(OBJDIR)/kern/%.o: lib/%.c $(OBJDIR)/.vars.KERN_CFLAGS
	@echo + cc $<
	@mkdir -p $(@D)
	$(V)$(CC) -nostdinc $(KERN_CFLAGS) -c -o $@ $<

$(KERN_OBJFILES)总结：就是$(KERN_OBJFILES)中的所有文件编译后的集合，用于制作kernel elf文件。

$(GCC_LIB)

如法炮制，在最后一行加上@echo $(GCC_LIB)，可以看到echo $(GCC_LIB)的值是

/usr/local/lib/gcc/i386-jos-elf/4.6.4/libgcc.a

实际上$(GCC_LIB)的值由以下命令得出：

GCC_LIB := $(shell $(CC) $(CFLAGS) -print-libgcc-file-name)

但是这个命令暂未看懂。

libgcc.a是GCC的一个库文件，用来对付GCC在多平台上运行时的差异问题。

$(KERN_BINFILES)

二进制文件，lab1中这个变量定义为空，可以参考lab3中的定义

KERN_BINFILES :=	user/hello \
			user/buggyhello \
			user/buggyhello2 \
			user/evilhello \
			user/testbss \
			user/divzero \
			user/breakpoint \
			user/softint \
			user/badsegment \
			user/faultread \
			user/faultreadkernel \
			user/faultwrite \
			user/faultwritekernel

估计是用户定义的函数。

$(OBJDIR)/boot/boot（ELF文件）

由上文可知，在构建kernel.img的时候，除了用到了$(OBJDIR)/kern/kernel文件之外，还用到了$(OBJDIR)/boot/boot文件。boot

posted @ 2024-01-14 16:12 Pril 阅读(125) 评论(0) 收藏举报

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