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continue.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(6) coding(95)

Last updated at 2024-07-07Posted at 2024-07-07

コンパイラを作るか、C言語規格コードをコンパイルするか、ソースコードを追いかけるか。

アプリケーション開発に注力するには、下回りが揃っていることが大事。
どんな土台(platform)にもっていっても動かないと意味がない。

Posix系のC言語でいうHosted環境OSは、アプリケーション開発に注力するためのOS。
C言語でいうFreestanding環境は、アプリケーション開発に注力するというよりは、
CPUのハードウェアの能力を最大限に利用するためのプログラムを書いたり、
CPUの能力を最大限に利用するためのFreestanding環境上のOSを記述することができる。

Freestanding環境のOSには、OSEK/VDX OS、それを拡張したAUTOSAR Classic Platform OSがある。
後者は、OSの知識がなくてもアプリケーション開発をできるようにすることと、
Runnable関数をほぼ自動的にTaskに割り当てることにより、タスクの機能をよく知らなくても、
アプリを希望の優先順位で実行できるような仕組みを用意している。

AUTOSAR Classic Platform OSは、半導体会社がCoreメンバになっていない。
当初参加していた半導体会社の仕様のばらつきを反映して、
リンカスクリプト、ローダスクリプトに依存するよりは、
memmap.hの配置によって解決する方法をとっている。

<この項は書きかけです。順次追記します。>
This article is not completed. I will add some words in order.

リンカ・ローダ

各社のリンカ、ローダを1、libralian、locator、boot loaderなどの機能を調べうる絵で、
リンカ・ローダ実践開発テクニック
は、手がかりをつかめるかもしれない。

リンカ・ローダ実践開発テクニック―実行ファイルを作成するために必須の技術-COMPUTER-TECHNOLOGY-坂井-弘亮
https://www.amazon.co.jp//dp/4789838072/
https://bookmeter.com/books/630946

参考文献にあるLinkers & Loadersは斜め読みしただけで、自分ではこういう道具は作らないだろうと勝手に思っていた。本書では簡易リンカの作成と、道具の作り方まで有るのがすごい。「setjmp()とlongjmp()」というコラムが１頁に入りきらず４頁になっているのに、節にしていないところも興味深い。

content
https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/38/38071.html

ardump.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(1) coding(89)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2a7bf3050ee6ac662272

binary.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(2) coding(90)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/23b985cefc5338677812

combine.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(3) coding(91)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/59161e3274270cfd2009

const.c, リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(4) coding(92) error(123) docker(174)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6f74dbf637a91685d0d1

constructor.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(5) coding(93)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/37e14a0943907b6f836f

continue.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(6) coding(94)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e124223fd49db6d9e7a2

down.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(7) coding(95)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/866449f129cc8ce4dee7

N3220 Information technology — Programming languages — C N3220 working draft
https://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/www/docs/n3220.pdf
N3219 Information technology — Programming languages — C ISO/IEC 9899:2023 DIS Draft
https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n3219.pdf

continue.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <elf.h>
#include <setjmp.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/param.h>
#include <sys/procfs.h>

static prstatus_t status;     /* sys/procfs.h: prstatus_t */
static prfpregset_t fpregset; /* machine/reg.h: struct fpreg */
static prpsinfo_t psinfo;     /* sys/procfs.h: prpsinfo_t */

static int load_note(char *head, Elf_Phdr *phdr)
{
  Elf_Note *nhdr;
  char *nname;
  char *ndesc;
  char *nnext;

  for (nhdr = (Elf_Note *)(head + phdr->p_offset);
       nhdr < (Elf_Note *)(head + phdr->p_offset + phdr->p_filesz);
       nhdr = (Elf_Note *)nnext) {
    nname = (char *)nhdr + sizeof(*nhdr);
    /* ∞ ≤º§Œ Elf_Size §œ(§Ô§´§Í§À§Ø§§§±§…)sys/elf_generic.h §«ƒÍµ¡§∑§∆§¢§Î */
    ndesc = nname + roundup2(nhdr->n_namesz, sizeof(Elf_Size));
    nnext = ndesc + roundup2(nhdr->n_descsz, sizeof(Elf_Size));

    fprintf(stderr, "  Note:%s", nname);

    switch (nhdr->n_type) {
    case NT_PRSTATUS: /* Process status */
      fprintf(stderr, "(PRSTATUS)\n");
      memcpy(&status, ndesc, sizeof(status));
      break;
    case NT_FPREGSET: /* Floating point registers */
      fprintf(stderr, "(PRREGSET)\n");
      memcpy(&fpregset, ndesc, sizeof(fpregset));
      break;
    case NT_PRPSINFO: /* Process state info */
      fprintf(stderr, "(PRPSINFO)\n");
      memcpy(&psinfo, ndesc, sizeof(psinfo));
      break;
    default:
      fprintf(stderr, "(UNKNOWN)\n");
    }
  }
  return (0);
}

static int load_file(char *head)
{
  int i;
  Elf_Ehdr *ehdr;
  Elf_Phdr *phdr;

  ehdr = (Elf_Ehdr *)head;
  if (!IS_ELF(*ehdr)) {
    fprintf(stderr, "This is not ELF file.\n");
    return (-1);
  }

  if (ehdr->e_ident[EI_CLASS] != ELF_CLASS) {
    fprintf(stderr, "unknown class. (%d)\n", (int)ehdr->e_ident[EI_CLASS]);
    return (-1);
  }

  if (ehdr->e_ident[EI_DATA] != ELF_DATA) {
    fprintf(stderr, "unknown endian. (%d)\n", (int)ehdr->e_ident[EI_DATA]);
    return (-1);
  }

  if ((ehdr->e_type != ET_EXEC) && (ehdr->e_type != ET_CORE)) {
    fprintf(stderr, "unknown type. (%d)\n", (int)ehdr->e_type);
    return (-1);
  }

  for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) {
    fprintf(stderr, "Program Header %d:", i);
    phdr = (Elf_Phdr *)(head + ehdr->e_phoff + ehdr->e_phentsize * i);
    switch (phdr->p_type) {
    case PT_NOTE:
      fprintf(stderr, " Type:NOTE\n");
      load_note(head, phdr);
      break;
    case PT_LOAD:
      fprintf(stderr, " Type:LOAD");
      /*
       * •·•‚•Í§À•Ì°º•…§π§Î°•
       * •Í•Û•´•π•Ø•Í•◊•»§Œ¿ﬂƒÍ§«•∆•≠•π•»ŒŒ∞Ë§Œ¿Ë∆¨§À∂ı§≠§Ú∫Ó§√§∆§§§Î§ø§·°§
       * º´ ¨º´ø»§ÚΩÒ§≠¥π§®§∆§∑§ﬁ§¶§≥§»§œ§ §§°•
       * •π•ø•√•ØŒŒ∞Ë§‚•Ì°º•…§µ§Ï§Î§¨°§º´ ¨º´ø»§Œ•π•ø•√•Ø§œ main() §Œ¿Ë∆¨§«
       * ¿ÏÕ—§ŒæÏΩÍ§ÚÕ¯Õ—§π§Î§Ë§¶§À¿ﬂƒÍ§∑§∆§§§Î§Œ§«°§º´ ¨º´ø»§Œ•π•ø•√•Ø§Ú
       * æÂΩÒ§≠§∑§∆§∑§ﬁ§¶§≥§»§œ§ §§°•
       */
      memcpy((char *)phdr->p_vaddr, head + phdr->p_offset, phdr->p_filesz);
      fprintf(stderr, " (loaded)\n");
      break;
    default:
      fprintf(stderr, " Type:OTHER\n");
    }
  }

  return (0);
}

/* #define USE_LONGJMP */

int jump()
{
#ifdef USE_LONGJMP
  jmp_buf buf;
#endif

  /*  —øÙ§¨•Ï•∏•π•ø§À≥‰§Í≈ˆ§∆§È§Ï§Î§»§ﬁ§∫§§§Œ§« static §À§π§Î */
  static gregset_t *gregsetp;

  gregsetp = &status.pr_reg; /* machine/reg.h: struct reg */
  fprintf(stderr, "register setting.\n");
  fprintf(stderr, "fs     %08x  ", gregsetp->r_fs);
  fprintf(stderr, "es     %08x  ", gregsetp->r_es);
  fprintf(stderr, "ds     %08x  ", gregsetp->r_ds);
  fprintf(stderr, "edi    %08x\n", gregsetp->r_edi);
  fprintf(stderr, "esi    %08x  ", gregsetp->r_esi);
  fprintf(stderr, "ebp    %08x  ", gregsetp->r_ebp);
  fprintf(stderr, "isp    %08x  ", gregsetp->r_isp);
  fprintf(stderr, "ebx    %08x\n", gregsetp->r_ebx);
  fprintf(stderr, "edx    %08x  ", gregsetp->r_edx);
  fprintf(stderr, "ecx    %08x  ", gregsetp->r_ecx);
  fprintf(stderr, "eax    %08x  ", gregsetp->r_eax);
  fprintf(stderr, "trapno %08x\n", gregsetp->r_trapno);
  fprintf(stderr, "err    %08x  ", gregsetp->r_err);
  fprintf(stderr, "eip    %08x  ", gregsetp->r_eip);
  fprintf(stderr, "cs     %08x  ", gregsetp->r_cs);
  fprintf(stderr, "eflags %08x\n", gregsetp->r_eflags);
  fprintf(stderr, "esp    %08x  ", gregsetp->r_esp);
  fprintf(stderr, "ss     %08x  ", gregsetp->r_ss);
  fprintf(stderr, "gs     %08x\n", gregsetp->r_gs);

  fprintf(stderr, "set registers and stack, and jump to abort point.\n");

#ifdef USE_LONGJMP
  /*
   * ∞ ≤º§Œ¿ﬂƒÍ§À§ƒ§§§∆§œ setjmp()/longjmp()
   * (/usr/src/lib/libc/i386/gen)§Úª≤æ»°•
   */
  buf[0]._jb[0] = gregsetp->r_eip;
  buf[0]._jb[1] = gregsetp->r_ebx;
  buf[0]._jb[2] = gregsetp->r_esp;
  buf[0]._jb[3] = gregsetp->r_ebp;
  buf[0]._jb[4] = gregsetp->r_esi;
  buf[0]._jb[5] = gregsetp->r_edi;
  /* buf[0]._jb[6] = ??? */

  longjmp(buf, gregsetp->r_eax);
#else
  asm volatile ("movl %0,%%edx" :: "m"(gregsetp));

  /* ≥∆ºÔ•Ï•∏•π•ø§Ú…¸µÏ */
  asm volatile ("movl  0(%edx),%fs");
  asm volatile ("movl  4(%edx),%es");
  asm volatile ("movl  8(%edx),%ds");
  asm volatile ("movl 12(%edx),%edi");
  asm volatile ("movl 16(%edx),%esi");
  asm volatile ("movl 20(%edx),%ebp");
/*asm volatile ("movl 24(%edx),%isp");    */ /* •¢•ª•Û•÷•Î…‘≤ƒ */
  asm volatile ("movl 28(%edx),%ebx");
/*asm volatile ("movl 32(%edx),%edx");    */ /* ∫«∏Â§Àπ‘§¶ */
  asm volatile ("movl 36(%edx),%ecx");
/*asm volatile ("movl 40(%edx),%eax");    */ /* ∫«∏Â§Àπ‘§¶ */
/*asm volatile ("movl 44(%edx),%trapno"); */ /* •¢•ª•Û•÷•Î…‘≤ƒ */
/*asm volatile ("movl 48(%edx),%err");    */ /* •¢•ª•Û•÷•Î…‘≤ƒ */
/*asm volatile ("movl 52(%edx),%eip");    */ /* ∫«∏Â§Àπ‘§¶ */
/*asm volatile ("movl 56(%edx),%cs");     */ /* …‘¿µ§ ÃøŒ· */
/*asm volatile ("movl 60(%edx),%eflags"); */ /* •¢•ª•Û•÷•Î…‘≤ƒ */
/*asm volatile ("movl 64(%edx),%esp");    */ /* ∫«∏Â§Àπ‘§¶ */
  asm volatile ("movl 68(%edx),%ss");
  asm volatile ("movl 72(%edx),%gs");

  asm volatile ("movl 64(%edx),%esp"); /* •π•ø•√•Ø•›•§•Û•ø¿ﬂƒÍ */
  asm volatile ("pushl 52(%edx)");     /* º¬π‘∫∆≥´•¢•…•Ï•π§Ú•π•ø•√•Ø§À¿ﬂƒÍ */
  asm volatile ("movl 40(%edx),%eax");
  asm volatile ("movl 32(%edx),%edx");

  /* ret §Úº¬π‘§π§Î§»°§•π•ø•√•Ø§´§ÈÃ·§Í»÷√œ§Ú∆…§ﬂπ˛§ﬂ°§§Ω§≥§À•∏•„•Û•◊§π§Î */
  asm volatile ("ret");
#endif

  /* §≥§≥§À§œÕË§ §§ */
  return (0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  int i, fd;
  struct stat sb;
  char *filename;
  char *head;
  static char stack[0x1000];
  static char *stackp;

  /*
   * •≥•¢•¿•Û•◊§Œ•Ì°º•…ª˛§À§œ•π•ø•√•Ø§‚•Ì°º•…§µ§Ï§Î°•§Ω§Œ§ﬁ§ﬁ•Ì°º•…§π§Î§»°§
   * º´ ¨º´ø»§¨ª»Õ—√Ê§Œ•π•ø•√•Ø§ÚæÂΩÒ§≠§∑§∆§∑§ﬁ§¶§≥§»§À§ §Î°•
   * §Ë§√§∆•π•ø•√•ØÕ—§ŒŒŒ∞Ë§Ú Ã§À≥Œ ›§∑°§§Ω§¡§È§ÚÕ¯Õ—§π§Î°•
   * (æÂ ˝ø≠ƒπ§ §Œ§«°§§™ø¨§Œ§€§¶§´§ÈÕ¯Õ—§π§Î)
   * main() §Œ•Ì°º•´•Î —øÙ§œ§π§«§À•π•ø•√•ØæÂ§À§¢§Î§ø§·°§¡∞§‚§√§∆§Ω§Œ§÷§Û§Œ
   * ∂ı§≠§¨§ §±§Ï§–§ §È§ §§§Œ§«°§ÕæÕµ§Ú∏´§∆256•–•§•»§Œ•—•«•£•Û•∞§Ú§π§Î°•
   * §≥§≥§«•π•ø•√•Ø•›•§•Û•ø§¨ —≤Ω§π§Î§Œ§«°§§≥§Ï§Ë§Í¡∞§À•Ì°º•´•Î —øÙ§Œ
   * √Õ§Ú¿ﬂƒÍ§∑§∆§§§Î§»°§√Õ§¨≤ı§Ï§Î§Œ§«√Ì∞’°™
   */
  stackp = stack + sizeof(stack) - 256;
  asm volatile ("movl %0,%%esp" :: "m"(stackp)); /* •π•ø•√•Ø•›•§•Û•ø§Ú¿ﬂƒÍ */

  for (i = 1; i < argc; i++) {
    filename = argv[i];
    fprintf(stderr, "open file. (%s)\n", filename);
    fd = open(filename, O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
      fprintf(stderr, "cannot open file.\n");
      exit (1);
    }
    fstat(fd, &sb);
    head = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (load_file(head) < 0) {
      fprintf(stderr, "fail to read core.\n");
    }
    close(fd);
  }

  jump();

  exit (0);
}

関数の調べ方

ソースコードから出発してもよい。
C言語規格から出発してもよい。
コンパイラから出発してもよい。

少なくとも、３つの道はひらけている。

上記の３つの道以外の「C言語教育」には近寄らない方がいいかもしれない。

ソースコード

何か一つのコンパイラでコンパイルしてみる。
コンパイラそのものを深掘りするよりも、
そのコンパイラで、このコードが通るようにすることに専念する。
コンパイルエラーが出たら記録する。

Error一覧(C/C++, python, bash...) Error(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/48b6cbc8d68eae2c42b8

コードがプログラマの意図通りの動作をするかどうかを確認する。
validationともいう。

C言語規格

C言語規格には、FreestandingというPosixOSを使わない仕様と、
HostedというPosixOSを使う仕様がある。

Hostedの場合には、関数がC言語の関数かPosixの関数かを調べるとよい。
https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/

The C++ Standard Library: clang++とg++でコンパイルしてみた(まとめ):14件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9bdfaa392443d13e5759

C++17 - The Complete Guide clang++とg++でコンパイルしてみた(まとめ):4件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/c000f307e642990781e1

C++N3242, 2011, ISO/IEC 14882, C++ standard(1) Example code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/685b5c1a2c17c1bf1318

C++N4606 Working Draft 2016, ISO/IEC 14882, C++ standard(1) Example code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/df5d62c35bd6ed1c3d43/

C++N4741, 2018 Standard Working Draft on ISO/IEC 14882 sample code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/3294c014044550896010

C++N4910:2022 Standard Working Draft on ISO/IEC 14882(0) sample code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fc957ddddd402004bb91

Autosar Guidelines C++14 example code compile list(1-169)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/8ccbf6675c3494d57a76

コンパイラ

gccとClangと、Visual Studioの３つのコンパイラでコンパイルしてみるとよい。

３つのコンパイラでコンパイルできるコードは、Portabilityがあると言えるかもしれない。

gcc/g++(GNU) v.s. Clang/Clang++(LLVM) コンパイラ警告等比較、Error(13), C++(36)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9a82b958cc3aeef0403f

The C++ Standard Library: clang++とg++でコンパイルしてみた(まとめ) C++(23) coding(111)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9bdfaa392443d13e5759

コンパイル用shell script C版(clangとgcc)とC++版(clang++とg++)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/74220c0577a512c2d7da

関数調査

C言語と、POSIXで検索する。

main

see
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2a7bf3050ee6ac662272
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/37e14a0943907b6f836f

continue

C N3219 6.8 Statementsandblocks
6.8.7 Jumpstatements
6.8.7.3 The continue statement
A continue statement causes a jump to the loop-continuation portion of the innermost enclosing iteration statement; that is, to the end of the loop body. More precisely, in each of the statements unless the continue statement shown is in an enclosed iteration statement (in which case it is interpreted with inthatstatement), it is equivalent to goto contin;. 189)
189)Following the contin: label in the 2nd example is a null statement. The null statement in the first and third example is implied by the label (6.8.3).

jump

T.B.D.

exit

see
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/23b985cefc5338677812

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コンパイラを作るか、C言語規格コードをコンパイルするか、ソースコードを追いかけるか。

リンカ・ローダ

関数の調べ方

ソースコード

C言語規格

コンパイラ

関数調査

main

continue

jump

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関連資料

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文書履歴(document history)

最後までおよみいただきありがとう4ざいました。

Thank you very much for reading to the last sentence.

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