Jserv's blog

freestanding

* 速記，所以可能沒有條理 *

傳統的 C compiler 設計中，很明確的區分 function call 與 C preprocessor 影響層面的分野，不過，隨著編譯系統最佳化的多樣性，在實做層面都得引入新的機制，比方說之前 blog [C99 的 offsetof macro] 就提到這方面的語意是透過 GCC builtins 來實現，blog [善用 GCC builtins 實現 Vectorization] 則提到 GCC 針對 SIMD 設計與 vectorized instructions 的支援，Linux Kernel mailing-list 的討論 [compile with -ffreestanding] 中，Andi Kleen 提到新版的 GCC 會透過 builtins 來達到最佳化的處理，在 GCC flag -funit-at-a-time 指定時 (-O3 implies)，原本的：

sprintf(buf,"%s",str)

在 front-end 會被改寫為：

strcpy(buf,str)

printf 本身就是一個小型的 interpreter，所以 GCC 的作法就是簡化複雜度，這對一般情況下是 正面的，不過涉及 function rewriting 的議題，對 Linux kernel 或設計一個作業系統核心來說，就是一個潛在的問題。是此，GCC 提供一個 flag -ffreestanding，該 flag implies flag -fno-builtin，並且對於 main 作為 entry point 沒有特別的限制要求，這是 GCC Manual 的說法，看起來的確抽象至極。之前的 blog [Orz Microkernel] 提到我今年七月份會有場演講，題目暫定為「深入淺出 Hello World -- 理解 Linux 上運作 Hello World 的種種機制」，細節稍後會公佈，主要就是探討人人會寫的 "Hello World" 程式，在 Linux 的 kernel-space 與 user-space 運作的交互作用，即便是這麼簡單的應用程式，背後都有很大的學問，而剛剛提到的 flag -ffreestanding 就是其中經典的細節。預設情況下，hosted environment 之下所有的 Standard Library 都可使用，C Programming Language 的 main function 作為邏輯上的 entry point (之所以說「邏輯上」，因為真實情況下，LD scripts 造成的影響是很大的) 其 symbol signature 以 nm 觀察：

$ nm -f posix helloworld  | grep main 
__libc_start_main@@GLIBC_2.0 U         
main T 0804b26c 00000153

其 prototype 為接受兩或三個 argument 的 int 傳回型態，然而，在相對的 freestanding environment 中，並沒有 Standard Library，而且沒有特定的 entry point，這種特別的情況對 kernel 或 firmware 設計來說，是必要的，一般我們會在 C 語言實做的 kernel 或 firmware 中實做簡化的 C Standard Library，其語意與 C89 / C99 的規範可能會有出入。至於如何區分 hosted 或 freestanding environment 呢？前者，也就是預設的組態下，會定義 __STDC_HOSTED__ 的 macro， 在講求可攜性的 NetBSD 中，其 kernel 很明確指定該 flag，不過這也抑制一些可能出現的警告 (TODO: details)，此外，可參考 lkml 的討論 "[PATCH] C undefined behavior fix" [by jtv]、[by Tom Rini]，以及 [by Joe Buck]。
由 jserv 發表於 June 15, 2006 04:08 PM