合并内核与应用程序
到目前为止我们的 OS 还没有文件系统,所以我们只需将最终得到的应用程序可执行文件直接链接到内核中,合并在一起,形成一个 image,这样让 bootloader 一开始就把内核和应用程序一并加载到内存中。
这里的实现有一些技巧,我们先写一个编译脚本 build.rs
。注意是直接放在项目文件夹 os
中,而不是源码文件夹 src
:
// build.rs
use std::fs::File;
use std::io::{Result, Write};
fn main() {
println!("cargo:rerun-if-env-changed=USER_IMG");
if let Ok(user_img) = std::env::var("USER_IMG") {
println!("cargo:rerun-if-changed={}", user_img);
}
gen_link_user_asm().unwrap();
}
/// Generate assembly file for linking user image
fn gen_link_user_asm() -> Result<()> {
let mut f = File::create("src/link_user.S").unwrap();
let user_img = std::env::var("USER_IMG").unwrap();
writeln!(f, "# generated by build.rs - do not edit")?;
writeln!(f, r#"
.section .data
.global _user_img_start
.global _user_img_end
_user_img_start:
.incbin "{}"
_user_img_end:
"#, user_img)?;
Ok(())
}
然后在 init.rs
中加入:
// init.rs
global_asm!(include_str!("link_user.S"));
这段编译脚本会在每次编译的最开始运行。它的作用是生成一段汇编代码,将用户程序可执行文件原封不动地链接到内核的 段中。这段汇编被生成到 src/link_user.S
文件中,然后我们在 init.rs
里把它导入进来。此后可以在其它地方通过 _user_img_start
和 _user_img_end
这两个符号得知它所在的虚拟地址。
我们用一个环境变量 USER_IMG
记录用户程序可执行文件的路径,编译脚本在执行时,会将这个字符串填入生成的汇编中。所以我们只需在编译之前利用 export
修改环境变量 USER_IMG
为我们最终得到的可执行文件的路径即可。
最后让我们关注一开始的两条奇怪语句:
println!("cargo:rerun-if-env-changed=USER_IMG");
println!("cargo:rerun-if-changed={}", user_img);
这是编译脚本发送给构建工具 cargo 的特殊指令,含义是:当检测到环境变量 USER_IMG
或者它所指向的文件发生变化时,就强制重新编译。并且每次编译时,都会生成一个新的 link_user.S
文件。
这波操作要解决的问题是:由于编译器具有自动增量构建的特性,会导致当用户镜像发生变化时,编译器无法自动感知到,最后链接的还是以前的版本,使得我们不得不手动 cargo clean
清理干净中间产物后重新编译。
现在,我们每次更新并编译生成用户程序执行文件后,都可以放心地直接 make run
了!