本文记录了从零开始编译Linux 0.11内核的全过程，包括解决各种编译错误及警告的方法。作者分享了如何安装必要的编译工具、修改源代码以适配现代编译器等经验。
最近在看《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。
-0.11.tar.gz地址：
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
dev86-0.16.3-8.i386.rpm安装地址
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
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 $
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 $
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\n\t" \
"rorl $16,%%edx\n\t" \
"movb %%dl,%1\n\t" \
"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\n\t" \
__asm__("push %%edx\n\t" \
"rorl $16,%%edx\n\t" \ "movw
%%dx,%0\n\t" \
"movb %%dl,%1\n\t" \ "rorl
$16,%%edx\n\t" \
"movb %%dh,%2" \ "movb
%%dl,%1\n\t" \
::"m" (*((addr)+2)), \ "movb
%%dh,%2\n\t" \
"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\n\t" \
"je 1f\n\t" \
"movw %%dx,%1\n\t" \
"xchgl %%ecx,_current\n\t" \
"ljmp %0\n\t" \
------------------------------这里修改为"ljmp *%0\n\t" \
"cmpl
%%ecx,_last_task_used_math\n\t" \
"jne 1f\n\t" \
"clts\n" \
"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\n\t" \
unsigned long __base;
movb %2,%%dl\n\t" \ __asm__("movb
%3,%%dh\n\t" \
shll $16,%%edx\n\t" \ "movb
%2,%%dl\n\t" \
movw %1,%%dx" \ "shll
$16,%%edx\n\t" \
"=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\r\t"
"xor %ebx,%ebx\r\t"
"int $0x80"
);
带有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/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
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
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。
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