Rust: （作者洛佳）使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数

用Rust编写操作系统时，我们可能遇到一些链接器错误。这篇文章中，我们不将更换编译目标，而传送特定的链接器参数，尝试修复错误。我们将在常用系统Linux、Windows和macOS下，举例编写裸机应用时，可能出现的一些链接器错误；我们将逐个处理它们，还将讨论这种方式开发的必要性。

要注意的是，可执行程序在不同操作系统下格式各异；所以在不同平台下，参数和错误信息可能略有不同。

原文：https://os.phil-opp.com/freestanding-rust-binary/#linker-arguments 原作者：@phil-opp
译文链接：洛佳：使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数
译者：洛佳 华中科技大学
本翻译已被许可。转载请注明出处，商业转载请联系原作者

Linux

我们在Linux下尝试编写裸机程序，可能出现这样的链接器错误：

error: linking with `cc` failed: exit code: 1|= note: "cc" […]= note: /usr/lib/gcc/../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o: In function `_start':(.text+0x12): undefined reference to `__libc_csu_fini'/usr/lib/gcc/../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o: In function `_start':(.text+0x19): undefined reference to `__libc_csu_init'/usr/lib/gcc/../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o: In function `_start':(.text+0x25): undefined reference to `__libc_start_main'collect2: error: ld returned 1 exit status

这里遇到的问题是，链接器将默认引用C语言运行时的启动流程，或者也被描述为_start函数。它将使用我们在no_std下被排除的C语言标准库实现库libc，因此链接器不能解析相关的引用，得到“undefined reference”问题。为解决这个问题，我们需要告诉链接器，它不应该引用C语言使用的启动流程——我们可以添加-nostartfiles标签来做到这一点。

要通过cargo添加参数到链接器，我们使用cargo rustc命令。这个命令的作用和cargo build相同，但允许开发者向下层的Rust编译器rustc传递参数。另外，rustc提供一个-C link-arg标签，它能够传递所需的参数到链接器。综上所述，我们可以编写下面的命令：

cargo rustc -- -C link-arg=-nostartfiles

这样之后，我们的包应该能成功编译，作为Linux系统下的独立式可执行程序了。这里我们没有显式指定入口点函数的名称，因为链接器将默认使用函数名_start。
Windows

在Windows系统下，可能有不一样的链接器错误：

error: linking with `link.exe` failed: exit code: 1561|= note: "C:\\Program Files (x86)\\…\\link.exe" […]= note: LINK : fatal error LNK1561: entry point must be defined

链接器错误提示“必须定义入口点”，意味着它没有找到入口点。在Windows系统下，默认的入口点函数名由使用的子系统决定[1]。对CONSOLE子系统，链接器将寻找名为mainCRTStartup的函数；而对WINDOWS子系统，它将寻找WinMainCRTStartup。我们的_start函数并非这两个名称——为了使用它，我们可以向链接器传递/ENTRY参数：

cargo rustc -- -C link-arg=/ENTRY:_start

我们也能从这里的参数的格式中看到，Windows系统下的链接器在使用方法上，与Linux下的有较大不同。

运行命令，我们得到了另一个链接器错误：

error: linking with `link.exe` failed: exit code: 1221|= note: "C:\\Program Files (x86)\\…\\link.exe" […]= note: LINK : fatal error LNK1221: a subsystem can't be inferred and must bedefined

产生这个错误，是由于Windows可执行程序可以使用不同的子系统（subsystem）。对一般的Windows程序，使用的子系统将由入口点的函数名推断而来：如果入口点是main函数，将使用CONSOLE子系统；如果是WinMain函数，则使用WINDOWS子系统。由于我们的_start函数名称与上两者不同，我们需要显式指定使用的子系统：

cargo rustc -- -C link-args="/ENTRY:_start /SUBSYSTEM:console"

这里我们使用CONSOLE子系统，但WINDOWS子系统也是可行的。这里，我们使用复数参数link-args代替多个-C link-arg，因为后者要求把所有参数依次列出，比较占用空间。

使用这行命令后，我们的可执行程序应该能在Windows下运行了。
macOS

如果使用macOS系统开发，我们可能遇到这样的链接器错误：

error: linking with `cc` failed: exit code: 1|= note: "cc" […]= note: ld: entry point (_main) undefined. for architecture x86_64clang: error: linker command failed with exit code 1 […]

这个错误消息告诉我们，链接器不能找到默认的入口点函数，它被命名为main——出于一些原因，macOS的所有函数名都被加以下划线_前缀。要设置入口点函数到_start，我们传送链接器参数-e：

cargo rustc -- -C link-args="-e __start"

-e参数指定了入口点的名称。由于每个macOS下的函数都有下划线_前缀，我们应该命名入口点函数为__start，而不是_start。

运行这行命令，现在出现了这样的链接器错误：

error: linking with `cc` failed: exit code: 1|= note: "cc" […]= note: ld: dynamic main executables must link with libSystem.dylibfor architecture x86_64clang: error: linker command failed with exit code 1 […]

得到这个错误的原因是，macOS并不官方支持静态链接的二进制库[2]，而要求程序默认链接到libSystem库。要链接到静态二进制库，我们把-static标签传送到链接器：

cargo rustc -- -C link-args="-e __start -static"

运行修改后的命令。链接器似乎并不满意，又给我们抛出新的错误：

error: linking with `cc` failed: exit code: 1|= note: "cc" […]= note: ld: library not found for -lcrt0.oclang: error: linker command failed with exit code 1 […]

出现这个错误的原因是，macOS上的程序默认链接到crt0（C runtime zero）库。这和Linux系统上遇到的问题相似，我们可以添加一个-nostartfiles链接器参数：

cargo rustc -- -C link-args="-e __start -static -nostartfiles"

现在，我们的程序应该能够在macOS上成功编译了。
统一所有的编译命令

我们的裸机程序已经可以在多个平台上编译，但对每个平台，我们不得不记忆和使用不同的编译命令。为了避免这么做，我们创建.cargo/config文件，为每个平台填写对应的命令：

# in .cargo/config

[target.‘cfg(target_os = “linux”)’]
rustflags = ["-C", “link-arg=-nostartfiles”]

[target.‘cfg(target_os = “windows”)’]
rustflags = ["-C", “link-args=/ENTRY:_start /SUBSYSTEM:console”]

[target.‘cfg(target_os = “macos”)’]
rustflags = ["-C", “link-args=-e __start -static -nostartfiles”]

这里，rustflags参数包含的内容，将被自动添加到每次rustc调用中。我们可以在官方文档[3]中找到更多关于.cargo/config文件的说明。

做完这一步后，我们使用简单的一行指令——

cargo build

——就能在三个不同的平台上编译裸机程序了。
我们应该这么做吗？

虽然通过上文的方式，的确可以面向多个系统编译独立式可执行程序，但这可能不是一个好的途径。这么描述的原因是，我们的可执行程序仍然需要其它准备，比如在_start函数调用前一个加载完毕的栈。不使用C语言运行环境的前提下，这些准备可能并没有全部完成——这可能导致程序运行失败，比如说会抛出臭名昭著的段错误。

如果我们要为给定的操作系统创建最小的二进制程序，可以试着使用libc库并设定#[start]标记。有一篇官方文档[4]给出了较好的建议。
参考

^https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/build/reference/entry-entry-point-symbol^https://developer.apple.com/library/content/qa/qa1118/_index.html^Configuration: Cargo Reference https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/config.html^No stdlib: The Rust Book https://doc.rust-lang.org/1.16.0/book/no-stdlib.html

编辑于 2019-06-17

Rust: （作者洛佳）使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数相关推荐

系统无法执行指定的程序。_使用Rust编写操作系统（一）：独立式可执行程序
创建一个不连接标准库的Rust可执行文件,将是我们迈出的第一步.无需底层操作系统的支撑,这将能让在裸机(bare metal)上运行Rust代码成为现实. 简介要编写一个操作系统内核,我们需要不基于 ...
【Rust日报】2020-11-03 《Rust日报》总第1000期
今日头版 <Rust日报>第1000期,感谢有你两年半的时间,我们一期期走来,到了今天发行的第1000期.回想我第一次看<Rust日报>,还是在Rust 2018刚推出的时候 ...
Google 高薪争夺 Rust 人才，将用 Rust 重构关键组件！
作者 | Carol 出品 | CSDN(ID:CSDNnews) 头图 | CSDN 下载自东方 IC 近日,Google 宣布其目前正在致力于用 Rust 来缓解开源软件中的内存安全问题.Goog ...
【Rust日报】 2019-05-31：rust.cc社区提供了国内crates镜像
Enum的值如何作为类型這位寫C++的老兄想寫以前的Enum fn pet(_: Animal::Whale) {}fn pet(_: Animal::Dog) {}// or somehow de ...
【Rust日报】 2019-05-15：Rust 4周岁生日快乐！
Rust四周年啦不知不觉,Rust1.0发布已经四周年了. Rust 1.0是2015年5月15号发布.所以,四年了,大家学会Rust了吗? Rust四周年 Rust完全态所以我说,Rust还有两 ...
【Rust 日报】2021-08-29 Embedded Rust 第一步：选择一块板子
Embedded Rust 第一步:选择一块板子内容整理自 robyoung (Rob Young) 的文章:First steps with Embedded Rust: Selecting a ...
与 Rust 社区亲密接触！Rust 大会火热报名！
首先抢票:www.huodongxing.com/event/64794- 大会官网:rustcon.asia 2019 年 4 月 20 日在北京望京凯悦,在秘猿科技与 PingCAP 携手下,我们 ...
使用Rust开发编译系统(C以及Rust编译的过程)
C以及Rust编译的过程主流的编译器 GCC LLVM C语言编译过程 LLVM编译过程将C源码转为LLVM IR 将IR转化为BitCode 将BitCode转为目标平台汇编码执行BitCod ...
【Rust投稿】捋捋 Rust 中的 impl Trait 和 dyn Trait
本文来自 PrivateRookie 的知乎投稿:https://zhuanlan.zhihu.com/p/109990547 缘起一切都要从年末换工作碰上特殊时期, 在家闲着无聊又读了几首诗, 突 ...
【Rust 日报】2022-04-28 Spacedrive 一个开源的跨平台文件资源管理器
jaq是JSON数据处理工具jq的一个克隆版本. jaq专注于三个目标: 正确性:jaq的目标是为jq提供一个更正确和可预测的实现,同时在大多数情况下保持与jq的兼容性. 性能.我创建jaq的初衷是为 ...

Rust: （作者洛佳）使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数

Rust: （作者洛佳）使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数相关推荐

最新文章

热门文章

Rust: （作者 洛佳） 使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数

Rust: （作者 洛佳） 使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数相关推荐

最新文章

热门文章

Rust: （作者洛佳）使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数

Rust: （作者洛佳）使用Rust编写操作系统（附录一）：链接器参数相关推荐