kernel.lds 链接脚本

解析 kernel.lds 链接脚本

kernel.lds 是一个 链接脚本（Linker Script），用于告诉链接器（GNU ld）如何组织内核的内存布局，定义 各个代码段、数据段的地址及排列方式。

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1. 链接脚本的作用

• 控制内核加载地址
• 定义内核的段布局（.text、.data、.bss）
• 对齐段地址
• 特殊段的存放（如 first_task 进程）
• 提供符号（PROVIDE()）给 C 代码使用

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2. 关键解析

(1) 设置 kernel_base

PROVIDE(kernel_base = 0x0);

• PROVIDE(symbol = value); 用于定义一个全局符号，供 C 代码使用。
• kernel_base = 0x0 表示 内核的基地址，即内核被加载到物理内存的 0x0 地址处（可能用于 Bootloader 处理）。

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(2) 设置 .text（代码段）

. = 0x00010000;

PROVIDE(s_text = .);
.text : {
    *(EXCLUDE_FILE(*first_task* *lib_syscall*) .text)
}
PROVIDE(e_text = .);

• .= 0x00010000：设置链接地址，内核从 0x10000（64KB）开始加载。
• s_text / e_text：提供 text 段的起始和结束地址。
• .text 段：
  • 存放 内核代码，排除 first_task 和 lib_syscall 相关的 .text 代码。

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(3) .rodata（只读数据段）

.rodata : {
    *(EXCLUDE_FILE(*first_task* *lib_syscall*) .rodata)
}

• 存放 只读数据（如字符串常量、全局 const 变量）。
• 依然排除了 first_task 和 lib_syscall 相关的数据。

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(4) .data & .bss（数据段 & 未初始化数据段）

. = ALIGN(4096);
PROVIDE(s_data = .);
.data : {
    *(EXCLUDE_FILE(*first_task* *lib_syscall*) .data)
}
.bss : {
    *(EXCLUDE_FILE(*first_task* *lib_syscall*) .bss)
}
e_data = .;

• 对齐到 4KB：ALIGN(4096)，保证 .data 页对齐，方便页表管理。
• .data 段：存放已初始化的全局变量。
• .bss 段：存放未初始化的全局变量，初始化为 0。

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(5) first_task（初始进程）

. = 0x80000000;

PROVIDE(s_first_task = LOADADDR(.first_task));
.first_task : AT(e_data) {
    *first_task_entry*(.text .data .rodata .data)
    *first_task*(.text .data .rodata .data)
    *lib_syscall*(.text .data .bss)
}
PROVIDE(e_first_task = LOADADDR(.first_task) + SIZEOF(.first_task));

• . = 0x80000000;：first_task 进程在高地址 0x80000000 运行。
• AT(e_data)：表示 first_task 在低端 e_data 处存储，但运行时会搬运到 0x80000000。
• LOADADDR(.first_task)：获取 first_task 在文件中的加载地址。
• SIZEOF(.first_task)：获取 first_task 占用的大小。

📌 first_task 作用

• 操作系统启动时的第一个用户态进程，可能是 init 进程。
• 存放在低地址 e_data，运行时会搬运到高地址 0x80000000。

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(6) 计算空闲内存的起始地址

PROVIDE(mem_free_start = e_first_task);

• mem_free_start 指示可用内存的起始地址，即 first_task 之后的内存可用于动态分配。

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3. 这份 kernel.lds 的整体布局

段	地址	内容
kernel_base	0x0	提供 kernel_base 符号
.text	0x00010000	内核代码
.rodata	代码段后	只读数据（字符串、常量）
.data	4KB 对齐	已初始化的全局变量
.bss	.data 之后	未初始化的全局变量
e_data	结束地址	记录 .data 和 .bss 结束地址
.first_task	加载在 e_data 但运行时搬运到 0x80000000	第一个用户态进程
mem_free_start	e_first_task	可用内存的起始地址

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4. 结论

• 这个 kernel.lds 用于内核的内存布局，管理 代码段、数据段、进程加载。
• first_task 初始进程先存放在低端内存，运行时移动到高端 0x80000000。
• mem_free_start 标记内核使用的内存结束处，以便操作系统后续进行内存管理。

🚀 这份 kernel.lds 主要控制：
✅ 内核加载地址（0x10000 开始）。
✅ 内核各段（.text、.data、.bss）的内存布局。
✅ 初始用户进程 first_task 的存放和运行地址。
✅ 空闲内存的计算，供后续内存管理使用。

📌 这是一份用于 内核启动 的链接脚本，确保内核和第一个进程能正确加载和运行！ 🎯