一篇文章帶你使用C語言編寫內(nèi)核

更新時(shí)間：2021年08月13日 10:50:25 作者：Anita-Sun

內(nèi)核是操作系統(tǒng)最核心的內(nèi)容，主要提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能，由于其涉及非常廣泛的計(jì)算機(jī)知識(shí)，很少被人們所熟悉，因而披上了一層神秘的面紗

gcc 命令

使用 gcc 編譯 c語言

-c 編譯、匯編到目標(biāo)代碼，不進(jìn)行鏈接，也就是直接生成目標(biāo)文件

-o 將輸出的文件以指定文件名來儲(chǔ)存，有同名文件存在時(shí)直接覆蓋

gcc -c -o kernel/main.o kernel/main.c

編譯：編譯號(hào)之后只是個(gè)目標(biāo)文件，也稱為待重定位文件，重定位指的是文件里面所用的符號(hào)還沒有安排地址，這些符號(hào)的地址需要將來與其他目標(biāo)文件“組成”一個(gè)可執(zhí)行文件時(shí)再重新定位（編排地址〉，這里的符號(hào)就是指該目標(biāo)文件中所調(diào)用的函數(shù)或使用的變量，而這里的“組成”就是指鏈接。需要在所有目標(biāo)文件都到齊了，將它們鏈接到起時(shí)再重新定位（編排地址）

使用 gcc 鏈接

-Ttext指定虛擬地址

-e 用來指定程序的起始地址（默認(rèn)為_start）

gcc kernel/main.o -Ttext 0xc0001500 -e main -o kernel/kernel.bin

編譯鏈接

生成的test.bin不再是目標(biāo)文件，而是可執(zhí)行文件

gcc -o ./kernel/test.bin ./kernel/main.c

main 函數(shù)不是第一個(gè)執(zhí)行的代碼，它一定是被其它代碼調(diào)用的，main函數(shù)在運(yùn)行庫代碼初始化完環(huán)境后才被調(diào)用

文件頭

二進(jìn)制文件的運(yùn)行方法

在文件頭中寫入和程序?qū)傩杂嘘P(guān)的信息
將這種具有程序頭格式的程序文件從外存讀入到內(nèi)存后，從該程序文件的程序頭中讀出入口地址，要直接跳進(jìn)入口地址執(zhí)行，跨過程序頭才行。

在這里插入圖片描述

header.S

編譯后生成的文件是 header.bin：nams -o header.bin header.S

在這里插入圖片描述

調(diào)用方的執(zhí)行過程

在這里插入圖片描述

在實(shí)際中，程序頭和程序體相分離的文件叫 elf 格式

將內(nèi)核載入內(nèi)存

將內(nèi)核寫入磁盤

dd if=./test/kernel/kernel.bin of=hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc

可以將編譯、鏈接、寫入硬盤寫成一個(gè)腳本

gcc -c -o test/kernel/main.o test/kernel/main.c && gcc test/kernel/main.o -Ttext 0xc0001500 -e main -o test/kernel/kernel.bin && dd if=./test/kernel/kernel.bin of=hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc

修改 loader.S

加載內(nèi)核：需要把內(nèi)核文件加載到內(nèi)存緩沖區(qū)。

初始化內(nèi)核：需要在分頁后，將加載進(jìn)來的 elf 內(nèi)核文件安置到相應(yīng)的虛擬內(nèi)存地址，然后跳過去執(zhí)行，從此 loader 的工作結(jié)束。

把內(nèi)核文件從硬盤上加載到內(nèi)存中

   mov eax, KERNEL_START_SECTOR               ; kernel.bin所在的扇區(qū)號(hào)
   mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR              ; 從磁盤讀出后，寫入到ebx指定的地址。加載到的內(nèi)存地址
   mov ecx, 200			                      ; 讀入的扇區(qū)數(shù)

   call rd_disk_m_32

   ; 創(chuàng)建頁目錄及頁表并初始化頁內(nèi)存位圖
   call setup_page

初始化內(nèi)核：初始化內(nèi)核就是根據(jù) elf 規(guī)范將內(nèi)核文件中的段（ segment ）展開到（復(fù)制到）內(nèi)存中的相應(yīng)位置