在 Linux 中从 C 代码生成原始二进制文件

Question

我从头开始为 x86 架构实现一个简单的操作系统只是为了好玩。我为从磁盘加载内核并进入 32 位模式的引导加载程序实现了汇编代码。加载的内核代码是用 C 编写的，因此为了执行，我们的想法是从 C 代码生成原始二进制文件。

首先，我使用了这些命令：

$gcc -ffreestanding -c kernel.c -o kernel.o -m32

$ld -o kernel.bin -Ttext 0x1000 kernel.o --oformat binary -m elf_i386

但是，它没有生成任何返回这些错误的二进制文件：

kernel.o: In function 'main':
kernel.c:(.text+0xc): undefined reference to '_GLOBAL_OFFSET_TABLE_'

为了清楚起见，kernel.c 代码是：

/* kernel.c */

void main ()
{
   char *video_memory = (char *) 0xb8000 ;
   *video_memory = 'X';
}

然后我跟着这个教程：http://wiki.osdev.org/GCC_Cross-Compiler 为我自己的目标实现我自己的交叉编译器。它适用于我的目的，但是使用命令ndisasm 进行反汇编我获得了以下代码：

00000000  55                push ebp
00000001  89E5              mov ebp,esp
00000003  83EC10            sub esp,byte +0x10
00000006  C745FC00800B00    mov dword [ebp-0x4],0xb8000
0000000D  8B45FC            mov eax,[ebp-0x4]
00000010  C60058            mov byte [eax],0x58
00000013  90                nop
00000014  C9                leave
00000015  C3                ret
00000016  0000              add [eax],al
00000018  1400              adc al,0x0
0000001A  0000              add [eax],al
0000001C  0000              add [eax],al
0000001E  0000              add [eax],al
00000020  017A52            add [edx+0x52],edi
00000023  0001              add [ecx],al
00000025  7C08              jl 0x2f
00000027  011B              add [ebx],ebx
00000029  0C04              or al,0x4
0000002B  0488              add al,0x88
0000002D  0100              add [eax],eax
0000002F  001C00            add [eax+eax],bl
00000032  0000              add [eax],al
00000034  1C00              sbb al,0x0
00000036  0000              add [eax],al
00000038  C8FFFFFF          enter 0xffff,0xff
0000003C  16                push ss
0000003D  0000              add [eax],al
0000003F  0000              add [eax],al
00000041  41                inc ecx
00000042  0E                push cs
00000043  088502420D05      or [ebp+0x50d4202],al
00000049  52                push edx
0000004A  C50C04            lds ecx,[esp+eax]
0000004D  0400              add al,0x0
0000004F  00                db 0x00

如您所见，前9行（除了我不知道为什么插入的NOP）是我的main函数的汇编翻译。从第 10 行到最后，有很多我不知道为什么会出现在这里的代码。

最后，我有两个问题：

1) 为什么会生成该代码？

2) 有没有一种方法可以从 C 语言中生成原始机器代码而不需要那些无用的东西？

Answer 1

先给几个提示：

• 避免将您的起始例程命名为main。它令人困惑（对于读者和编译器来说都是如此；当您不将-ffreestanding 传递给gcc 时，它会非常具体地处理main）。使用 start 或 begin_of_my_kernel 之类的其他内容...

• 使用gcc -v 编译以了解您的特定编译器在做什么。

• 您可能应该向您的编译器询问一些优化和所有警告，因此至少将-O -Wall传递给gcc

  李>

• 您可能想查看生成的汇编代码，因此使用gcc -S -O -Wall -fverbose-asm kernel.c 获取kernel.s 汇编文件并查看它

• 正如Michael Petch 评论的那样，您可能想要传递-fno-exceptions

• 您可能需要一些linker script 和/或一些crt0 的手写汇编程序

• 你应该阅读一些关于linkers & loaders

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 kernel.c:(.text+0xc): undefined reference to '_GLOBAL_OFFSET_TABLE_'

这闻起来像是与position-independent-code 有关的东西。我的猜测：尝试使用explicit -fno-pic or -fno-pie 进行编译

^{（在一些 Linux 发行版上，他们的gcc 可能配置了一些-fpic 默认启用）}

PS。如果您想要 x86 32 位二进制文​​件，请不要忘记将 -m32 添加到 gcc。