跟我一起写操作系统

          第二节 进入main函数

 

 

        学习过C语言的人都知道，写一个可执行的C语言程序，首先就要写一个名字叫作main的函数。这个函数是C程序的入口。程序的运行就是从main函数开始的。但是，是谁调用了这个main函数？它的参数是如何传入的？它的返回值又传递给了谁？这些问题的答案将随着我们学习的进程慢慢的展现出来。在本节中，我们只来讨论两个问题：

• C语言的函数在内存是以什么样子存在的？

• C是谁调用了main函数？

        首先，我们先来写一个C语言程序，程序源代码文件为main.c。这个程序非常简单，里面只有2个函数，一个函数叫作main，另一个函数叫作myfunc。程序代码如下，并编译和反汇编：

void myfunc()
{
}

void main()
{
       myfunc();
}

        编译main.c并生成main可执行文件，再对main反汇编，将反汇编的结果写入文件main.S当中去。这两个步骤的执行命令如下：

gcc -m32 main.c -o main
        objdump -S -D -m i386 -M att main > main.S

        执行完毕之后，我们使用文本编辑器打开main.S文件，在其中搜索<main>或者<myfunc>就可以看到main和myfunc这两个C函数的反汇编代码：

080483eb <myfunc>:
         80483eb:        55                           push   %ebp
         80483ec:        89 e5                        mov    %esp,%ebp
         80483ee:        5d                           pop    %ebp
         80483ef:        c3                           ret    
080483f0 <main>:
         80483f0:        55                           push   %ebp
         80483f1:        89 e5                        mov    %esp,%ebp
         80483f3:        e8 f3 ff ff ff               call   80483eb <myfunc>
         80483f8:        5d                           pop    %ebp
         80483f9:        c3                           ret

        第一列为elf可执行文件的内存偏移地址，我们先不去管它，这部分内容将在后续章节里学习；第二列为程序可以被CPU识别的机器码；第三列是这些机器码代表的汇编指令。

        可以看到在main函数中执行了call <myfunc>也就是在main函数中调用了myfunc函数。那么又是谁调用的main函数呢？我们看到main函数和myfunc函数的反汇编代码，发现他们并没有什么本质区别，只不过是函数名不同罢了，C语言规定C程序的入口函数就是main，那么，我们只需要自己写一个汇编指令来调用一个叫main的函数就可以了。比如：

calll        main

        当然，你也可以使用其它函数来做为你C程序的入口，比如事先定义了一个函数叫myfunc然后写一个汇编指令来调用它：

calll        myfunc

 

        这里需要说明一下，我们采用的编译方式是先将.S和.c文件使用gcc分别编译成.o文件，再通过ld命令将这些.o文件链接在一起，所以在ld链接时.S里的汇编指令可以定位到.c文件中的C语言函数。比如：

        在main.c文件中定义

void main()
{
}

        在boot.S文件中调用main

calll        main

        学会了如何使用汇编指令来调用C语言函数，我们就可以有一个很大的进展了，也就是说，以后的内核程序我们都可以采用C语言来实现，而不需要再去写冗长的汇编指令代码了。

        上一节我们讲到，boot程序将自身复制到0x90000处并跳转到0x90000处执行，再将0x9c00处的系统内核程序复制到0x0处。当这些工作完成之后，我们就需要写一条指令来调用C程序的main函数了，这样我们就可以使用C语言来编写我们的操作系统内核了。

        在工程中boot目录下添加main.c文件，并在include/boot下添加main.h头文件，如下图：

 

        在main.h中声明main函数：

int main(int argc, char **args);

        在main.c中定义我们的主函数main：

#include <boot/code16.h>
#include <boot/main.h>
int main(int argc, char **args)
{
        for (;;)
        {
        }
        return 0;
}

        这里我们除了include <main.h>之外还，使include <code16.h>，这个code16.h里只有一个语言，如下：

__asm__(".code16gcc");

        __asm__表示在C语言里嵌入汇编指令，这里的意思是告诉gcc编译器，我们现在写的main.c文件在编译时要采用16位的操作数和寻址模式。

        另外在这个main函数中我们使用了一个死循环：for(;;){}让我们main函数在执行到这里时不再做任何事。

        在boot.S中调用main.c中的main函数：

calll        main

        为了让运行结果一目了然，我们在main函数中加入了一段测试代码，它的作用是在显示器上显示一个‘a’字符，表示程序已经成功的进入main函数：

int main(int argc, char **args)
{
        //测试，如果显示字符a说明main已经执行
        __asm__(
                "movw        $0xb800, %ax            \n\t"
                "movw        %ax, %es                \n\t"
                "movw        $0x0, %ax               \n\t"
                "movw        %ax, %di                \n\t"
                "movw        $0x0761, %ax            \n\t"
                "movw        %ax, %es:(%di)          \n\t"
        );
        for (;;)
        {
        }
        return 0;
}

       另外别忘记修改Makefile文件，将main.c加入boot程序的编译环境中，执行make all命令。启动VirtualBox可以看到新的运行结果，显示器上成功的显示了‘a’字符，运行结果正确：

 

        源代码的下载地址为：

https       https://github.com/magicworldos/lidqos.git
git         git@github.com:magicworldos/lidqos.git
subverion   https://github.com/magicworldos/lidqos
branch      v0.5