深入淺出 hello world (llvm toolchain?)

updated 2011-11-19 03:18
對了，我是看到這個才忽然想弄這個的
JVM JIT for Dummies
(What the JVM Does With Your Bytecode When You're Not Looking)

*

第一個當然是想到 jserv 的：

「深入淺出 Hello World Part I/II (台北場次)」簡報上線
演講：深入淺出Hello World (完結篇)

完全沒有感到居然已經這麼多年了啊..? 總之當初看到，大概都只粗略翻過去而已，
因為從來沒碰過這麼底層，所以很多東西看不懂，興趣也沒有說非常多。不過人
總是會想換口味，昨天很發神經地就想瞧瞧一個程式到底是怎麼運作的？

於是我寫了一個 hello world, 利用 clang compile 成 llvm bitcode:

clang -emit-llvm main.c -c -o main.bc

可以用 lli 跑跑看:

lli main.bc

接著瞧瞧相對應的 llvm assembly 長什麼樣子？

llvm-dis main.bc -o main.ll

其實我原本是直接叫 clang 輸出 llvm assembly:

clang -emit-llvm main.c -S -o main.ll

lli 也同樣可以執行 llvm assembly:

lli main.ll

可以再用 llvm-as 把 llvm assembly 編成 llvm bitcode:

llvm-as main.ll -o main.bc

接著用 llc 把 llvm bitcode 編成真正的 assembly:

llc main.bc -o main.s

再用 as 把 assembly 編成 object file:

as main.s -o main.o

最後一步則是靠 ld 把執行檔做出來... 我想知道的地方大概是從這邊開始

直接 ld main.o 很自然會找不到 printf (_printf) 的定義，畢竟這是 libc 的東西。
在 mac 上，大概就這樣 link libc:

ld main.o /usr/lib/libc.dylib

於是會吐出這個錯誤訊息:

ld: entry point (start) undefined.  Usually in crt1.o for inferred architecture x86_64

我想這大概是程式的進入點吧，於是我先試這個:

ld main.o /usr/lib/libc.dylib -e main

不過 main 沒有被定義。我不知道為什麼要叫 _main:

ld main.o /usr/lib/libc.dylib -e _main

這樣就可以了。試著執行看看:

./a.out

跑是跑得起來，有印出字，但是程式要離開時就死了:

fish: Job 1, './a.out ' terminated by signal SIGSEGV (Address boundary error)

我猜是直接去執行 main 的話，有些 OS 需要的程序就被跳過了，
因此會當掉。所以大概是要去找剛剛那個 crt1.o

ld main.o /usr/lib/libc.dylib /usr/lib/crt1.o

這樣確實就沒有任何錯誤了，運作都很正常。
crt1 可能是 c runtime 的意思吧？那個 1 就不知道了。

不過同樣的事情，在 arch linux 上就沒那麼順利了......
一樣先從最基本的開始:

ld main.o

會找不到 printf (這次沒有底線了！), 符合預期

ld main.o /usr/lib/libc.so

會吐出警告:

ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000400270

大概是假設 _start 會在某個位置吧。這個 _start 應該跟 mac 的
entry point (start) 是差不多的意思。所以我應該去找 crt1.o

ld main.o /usr/lib/libc.so /usr/lib/crt1.o

這下可好了，還有東西沒有 link 到...

/usr/lib/crt1.o: In function `_start':
(.text+0x12): undefined reference to `__libc_csu_fini'
/usr/lib/crt1.o: In function `_start':
(.text+0x19): undefined reference to `__libc_csu_init'

我找很久，用 grep /usr/lib 後找到很多可疑的檔案，但還是不知道怎麼搞...
只好觀察:

gcc -v main.c

裡面用了 collect2 而不是 ld? 我不知道有什麼差...
總之就抄他要 link 哪些東西吧？中間過程跳過，反正我搞很久...... 最後:

ld main.o /usr/lib/libc.so /usr/lib/crt1.o /usr/lib/crti.o /usr/lib/crtn.o /usr/lib/libc_nonshared.a

這也實在是太多東西，太不方便了吧 :( 總之這樣 ld 就不會抱怨了，但執行起來...

fish: Failed to execute process './a.out'. Reason:
fish: The file './a.out' or a script or ELF interpreter does not exist, or a
shared library needed for file or interpreter cannot be found.

我就卡在這不知道要怎麼繼續下去了。搞了好幾個小時（像神經病一樣），
還是看不出來怎麼做可以讓他的訊息有點變化。更可怕的是，如果用:

ldd a.out

還會吐出莫名其妙的訊息:

/usr/bin/ldd: line 118: ./a.out: No such file or directory

感覺是 bash 的問題啊！！！

bash -c ./a.out

會吐出:

bash: ./a.out: No such file or directory

但是 fish 都好好的沒問題。bash 的版本是 4.2.10

程式在這 llvm/build.sh + llvm/main.c