笔记04 - HW02: boot xv6

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JOS 是麻省理工学院(MIT)从 xv6 直接改过来的实验用工具，xv6-public 是官方在 Github 上放出的最新 xv6 源代码。

获取 xv6 源码

git://pdos.csail.mit.edu/xv6/xv6.git 不成功，git://github.com/mit-pdos/xv6-public.git 成功。

构建 xv6

以下是makefile的部分内容：

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gcc -O -nostdinc -I. -c bootmain.c
gcc -nostdinc -I. -c bootasm.S
ld -m    elf_i386 -N -e start -Ttext 0x7C00 -o bootblock.o bootasm.o bootmain.o
objdump -S bootblock.o > bootblock.asm
objcopy -S -O binary -j .text bootblock.o bootblock

==以下是对 gcc 参数的解释：==
-O 使用编译优化级别1编译程序。级别为1~3，级别越大优化效果越好，但编译时间越长。具体如下：
-O0：这个等级（字母“O”后面跟个零）关闭所有优化选项，也是CFLAGS或CXXFLAGS中没有设置 -O 等级时的默认等级。这样就不会优化代码，这通常不是我们想要的。
-O1：这是最基本的优化等级。编译器会在不花费太多编译时间的同时试图生成更快更小的代码。这些优化是非常基础的，但一般这些任务肯定能顺利完成。
-O2：-O1的进阶。这是推荐的优化等级，除非你有特殊的需求。-O2会比-O1启用多一些标记。设置了-O2后，编译器会试图提高代码性能而不会增大体积和大量占用的编译时间。
-O3：这是最高最危险的优化等级。用这个选项会延长编译代码的时间，并且在使用gcc4.x的系统里不应全局启用。自从3.x版本以来gcc的行为已经有了极大地改变。在3.x，-O3生成的代码也只是比-O2快一点点而已，而gcc4.x中还未必更快。用-O3来编译所有的软件包将产生更大体积更耗内存的二进制文件，大大增加编译失败的机会或不可预知的程序行为（包括错误）。在gcc 4.x.中使用-O3是不推荐的。
-Os：这个等级用来优化代码尺寸。其中启用了-O2中不会增加磁盘空间占用的代码生成选项。这对于磁盘空间极其紧张或者CPU缓存较小的机器非常有用。但也可能产生些许问题，因此软件树中的大部分ebuild都过滤掉这个等级的优化。使用-Os是不推荐的。

-nostdinc：可能默认的头文件库会首先调用，而-I下面的目录由于名字相同，优先级可能低于默认所以没能被调用，于是需要gcc编译的时候不要在标准系统目录中找头文件。

-I：用来指定头文件目录，/usr/include目录一般是不用指定的，gcc知道去那里找，但是如果头文件不在/usr/include里我们就要用-I参数指定了，比如头文件放在/myinclude目录里，那编译命令行就要加上-I/myinclude参数了，如果不加你会得到一个”xxxx.h: No such file or directory”的错误。-I参数可以用相对路径，比如头文件在当前目录，可以用-I.来指定。

-c：仅执行编译操作，不进行链接操作。将c语言文件bootmain.c（也可以是汇编输出文件*.S）编译输出bootmain.o文件。

==以下是对ld（GNU linker连接器）参数的解释：==
-m emulation：模仿 emulation 连接器。如-m elf_i386是模仿elf_i386连接器

-N 或 –omagic：把text和data节设置为可读写，同时取消数据节的页对齐。同时取消对共享库的连接。如果输出格式支持Unix风格的magic number，把输出标志为’OMAGIC’。

-e ENTRY：使用符号ENTRY作为程序的开始执行点，而不是使用缺省的进入点。如果没有叫做ENTRY的符号，连接器会企图把ENTRY作为一个数字进行分析，并使用它作为入口地址(数字会被解释为10进制的；可以使用前导的’0x’强制为16进制，或’0’作为8进制。)

-Tbss ORG，-Tdata ORG，-Ttext ORG：跟-section-start同义，不过把SECTIONNAME替换为’.bss’，’.data’或’.text’。-section-start的格式是：`–section-start SECTIONNAME=ORG’，通过指定ORG，指定节在输出文件中的绝对地址。可以多次使用这个选项来定位多个节。ORG必须是一个十六进制整数；为了跟其他连接器兼容，可以忽略前导’0x’。注意，在SECTIONNAME、等号、ORG之间不允许有空格出现。

-o OUTPUT：使用OUTPUT作为’ld’产生的程序的名字。如果这个选项没有指定，缺省的输出文件名是’a.out’。脚本命令’OUTPUT’也可以被用来指定输出文件的文件名。

==以下是对objdump（查看目标文件或者可执行的目标文件的构成的gcc工具）参数的解释：==
-S：尽可能反汇编出源代码，尤其当编译的时候指定了-g这种调试参数时，效果比较明显。隐含了-d参数。

==以下是对objcopy（用于将object的部分或全部内容拷贝到另一个object，从而可以实现格式的变换。）参数的解释：==
-S：去掉源文件的符号信息和relocation信息。

-O bfdname：使用指定的格式来写输出文件（即目标文件），bfdname是BFD库中描述的标准格式名。

-j sectionname：只将由sectionname指定的section拷贝到输出文件。

探究堆栈内容

bootasm.S 中在哪里初始化堆栈？
在 call bootmain 之前调用 movl $start, %esp 初始化堆栈，由于历史原因，boot loader 部分将会被加载到 0x7c00 的位置，即 $start 所代表的位置。此处将 0x7c00 赋值给 esp，而堆栈栈顶指针是向低地址方向增长的。

bootmain 函数对堆栈所做的第一条汇编指令是什么（查看bootblock.asm）？
push %ebp，将 ebp 进栈，此后将当前的栈顶指针的值赋给 ebp，从而可以实现递归调用和返回。

单步调试直到 call bootmain，堆栈的内容是什么？
设置断点到 0x10000c（内核程序入口地址），当执行该地址的指令后，堆栈发生什么变化？
以下是进入到内核程序入口后，以栈顶指针 esp 为指标查看到的内存内容(x/24x $esp，其中 esp 的值为0x7bcc)

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0x7bcc:	        #进入内核后， esp 指向 0x7bcc
0x00007db7	#7db7 是进入内核elf->entry指令的下一条指令地址
0x00000000	
0x00000000	
0x00000000
0x7bdc:	
0x00000000	
0x00000000	
0x00000000	
0x00000000
0x7bec:	
0x00000000	
0x00000000	
0x00000000	
0x00000000
0x7bfc:	
0x00007c4d	# 7c4d 是 bootasm.S 调用 bootmain 函数时下一条指令的地址，即 call bootmain 后堆栈会存储 0x7c4d。
0x7c00:         # !!! 此处即为栈顶指针的初始化位置，此后向低地址方向增长
0x8ec031fa	
0x8ec08ed8	
0xa864e4d0
0x7c0c:	
0xb0fa7502	
0xe464e6d1	
0x7502a864	
0xe6dfb0fa
0x7c1c:	
0x16010f60	
0x200f7c78	
0xc88366c0	
0xc0220f01

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