完善libc，构建了OS-specific工具链，编译了基于gcc-11.3.0的DragonOS userland compiler，移植了mpfr,gmp,mpc库 (#134)

* 修改include路径

* 添加了创建libsysapi.a和/bin/sysroot/usr/include/+lib/的代码

* 修补.gitignore

* 删除多余项

* 优化脚本可读性

* 新增crt0 crti crtn

* 编译binutils所需的东西

* fflush()和fprintf()的简单实现

* 应用程序启动前，调用初始化libc的函数

* 自动创建sysroot

* 添加了stderr的初始化

* 修改了stderr的初始化

* 内核添加对stdio的简略处理

* 格式化代码

* 修正打开stdio文件描述符的问题

* bugfix: 修复fprintf忘记释放buf的问题

* 修复shell错误地把入口设置为main而不是_start的问题

* 新增__cxa_atexit  (gcc要求libc提供这个）

* 增加putchar puts

* 更新写入磁盘镜像的脚本，默认无参数时，使用legacy方式安装

* 更新编译脚本

* stdio增加eof的定义

* 新增extern cplusplus

* mpfr gmp mpc 构建脚本

* 更新libsysapi.a为libc.a

* 加上ferror fopen fclose

* 更新移植的软件的构建脚本

* 更改build_gcc_toolchain.sh中的-save参数名为-save-cache

Co-authored-by: longjin <longjin@RinGoTek.cn>

user/libs/libc/src/Makefile

@@ -8,9 +8,12 @@ CFLAGS += -I .
 libc_sub_dirs=math sys
 
 ifeq ($(ARCH), __x86_64__)
-libc_sub_dirs += sysdeps/x86_64
+libc_sub_dirs += arch/x86_64
 endif
 
+$(libc_sub_dirs): ECHO
+	$(MAKE) -C $@ all CFLAGS="$(CFLAGS)" ASFLAGS="$(ASFLAGS) -I $(shell pwd)"
+
 libc_objs:= $(shell find ./*.c)
 
 ECHO:
@@ -29,13 +32,7 @@ clean:
 		cd .. ;\
 	done
 
-libc: $(libc_objs) libc_rust
-	@list='$(libc_sub_dirs)'; for subdir in $$list; do \
-    		echo "make all in $$subdir";\
-    		cd $$subdir;\
-    		$(MAKE) all CFLAGS="$(CFLAGS) -I $(shell pwd)";\
-    		cd ..;\
-	done
+libc: $(libc_objs) $(libc_sub_dirs) libc_rust
 
 libc_rust:
 	rustup default nightly

user/libs/libc/src/arch/x86_64/Makefile

@@ -0,0 +1,23 @@
+libc_arch_objs:= $(shell find ./*.c)
+
+ECHO:
+	@echo "$@"
+
+
+$(libc_arch_objs): ECHO
+	$(CC) $(CFLAGS) -c $@ -o $@.o
+
+all: $(libc_arch_objs) crti.o crtn.o
+	mv crt0.c.o crt0.o
+
+crti.o: crti.S
+	$(CC) -E crti.S > _crti.s # 预处理
+	$(AS) $(ASFLAGS) -o crti.o _crti.s
+
+crtn.o: crtn.S
+	$(CC) -E crtn.S > _crtn.s # 预处理
+	$(AS) $(ASFLAGS) -o crtn.o _crtn.s
+
+clean:
+	
+	echo "Done."

user/libs/libc/src/arch/x86_64/crt0.c

@@ -3,11 +3,14 @@
 #include <stdlib.h>
 
 extern int main(int, char **);
+extern void _init();
+extern void _libc_init();
 
 void _start(int argc, char **argv)
 {
-    // printf("before main\n");
+    // Run the global constructors.
+    _init();
+    _libc_init();
     int retval = main(argc, argv);
-    // printf("before exit, code=%d\n", retval);
     exit(retval);
 }

user/libs/libc/src/arch/x86_64/crti.S

@@ -0,0 +1,13 @@
+.section .init
+.global _init
+_init:
+   push %rbp
+   movq %rsp, %rbp
+   /* gcc will nicely put the contents of crtbegin.o's .init section here. */
+
+.section .fini
+.global _fini
+_fini:
+   push %rbp
+   movq %rsp, %rbp
+   /* gcc will nicely put the contents of crtbegin.o's .fini section here. */

user/libs/libc/src/arch/x86_64/crtn.S

@@ -0,0 +1,9 @@
+.section .init
+   /* gcc will nicely put the contents of crtend.o's .init section here. */
+   popq %rbp
+   ret
+
+.section .fini
+   /* gcc will nicely put the contents of crtend.o's .fini section here. */
+   popq %rbp
+   ret

user/libs/libc/src/cxa.c

@@ -0,0 +1,8 @@
+/* Register a function to be called by exit or when a shared library
+   is unloaded.  This function is only called from code generated by
+   the C++ compiler.  */
+int __cxa_atexit(void (*func)(void *), void *arg, void *d)
+{
+    // todo: 使用rust实现这个函数。参考：http://redox.longjin666.cn/xref/relibc/src/cxa.rs?r=c7d499d4&mo=323&fi=15#15
+    return 0;
+}

user/libs/libc/src/include/ctype.h

@@ -6,19 +6,22 @@
 
 #include <__libc__.h>
 
-
-int isalnum(int c);
+ 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+// int isalnum(int c);
 int isalpha(int c);
 int isdigit(int c);
 int islower(int c);
 int isprint(int c);
-int isgraph(int c);
-int iscntrl(int c);
-int isgraph(int c);
-int ispunct(int c);
+// int isgraph(int c);
+// int iscntrl(int c);
+// int isgraph(int c);
+// int ispunct(int c);
 int isspace(int c);
 int isupper(int c);
-int isxdigit(int c);
+// int isxdigit(int c);
 
 int isascii(int c);
 
@@ -36,3 +39,6 @@ int toupper(int c);
 
 extern char _ctype_[256];
 
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/dirent.h

@@ -1,6 +1,9 @@
 #pragma once
 #include <sys/types.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
 
 /**
  * @brief inode的属性（copy from vfs.h）
@@ -63,4 +66,8 @@ int closedir(struct DIR *dirp);
  * @param dir 
  * @return struct dirent* 
  */
-struct dirent* readdir(struct DIR* dir);
+struct dirent* readdir(struct DIR* dir);
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/errno.h

@@ -10,6 +10,10 @@
  */
 #pragma once
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 #define E2BIG 1            /* 参数列表过长，或者在输出buffer中缺少空间 或者参数比系统内建的最大值要大 Argument list too long. */
 #define EACCES 2           /* 访问被拒绝 Permission denied */
 #define EADDRINUSE 3       /* 地址正在被使用 Address in use.*/
@@ -100,4 +104,8 @@
 #define EWOULDBLOCK 80     /* 操作将被禁止 Operation would block (may be the same value as [EAGAIN]). */
 #define EXDEV 81           /* 跨设备连接 Cross-device link. */
 
-extern int errno;
+extern int errno;
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/fcntl.h

@@ -10,6 +10,10 @@
  */
 #pragma once
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 #define O_RDONLY 00000000 // Open Read-only
 #define O_WRONLY 00000001 // Open Write-only
 #define O_RDWR 00000002   // Open read/write
@@ -62,4 +66,8 @@
  * @param ... 
  * @return int 文件描述符
  */
-int open(const char * path, int options, ...);
+int open(const char * path, int options, ...);
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/libm.h

@@ -1,6 +1,10 @@
 #pragma once
 #include <sys/types.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 // ===== 描述long double 的数据比特结构
 #if __LDBL_MANT_DIG__ == 53 && __LDBL_MAX_EXP__ == 1024
 #elif __LDBL_MANT_DIG__ == 64 && __LDBL_MAX_EXP__ == 16384 && __BYTE_ORDER__ == __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
@@ -73,3 +77,7 @@ union ldshape
             (void)__x;                        \
         }                                     \
     } while (0)
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/math.h

@@ -1,12 +1,20 @@
 #pragma once
 #include <stddef.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 double fabs(double x);
-float fabsf(float x);
+// float fabsf(float x);
 long double fabsl(long double x);
 
 double round(double x);
 float roundf(float x);
 long double roundl(long double x);
 
-int64_t pow(int64_t x, int y);
+int64_t pow(int64_t x, int y);
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/printf.h

@@ -1,5 +1,8 @@
 #pragma once
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
 
 #define PAD_ZERO 1 // 0填充
 #define LEFT 2     // 靠左对齐
@@ -10,4 +13,8 @@
 #define SMALL 64   // 十进制以上数字显示小写字母
 #define SIGN 128   // 显示符号位
 
-#define is_digit(c) ((c) >= '0' && (c) <= '9') // 用来判断是否是数字的宏
+#define is_digit(c) ((c) >= '0' && (c) <= '9') // 用来判断是否是数字的宏
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/signal.h

@@ -1,6 +1,10 @@
 #pragma once
 #include <unistd.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 #define SIGHUP 1
 #define SIGINT 2
 #define SIGQUIT 3
@@ -91,4 +95,8 @@ struct sigaction
 int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
 int signal(int signum, __sighandler_t handler);
 int raise(int sig);
-int kill(pid_t, int sig);
+int kill(pid_t, int sig);
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/stddef.h

@@ -8,6 +8,12 @@
    #define NULL ((void *)0)
 #endif
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
 
 typedef __PTRDIFF_TYPE__ ptrdiff_t; // Signed integer type of the result of subtracting two pointers.
 
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/stdio.h

@@ -3,6 +3,10 @@
 #include <sys/types.h>
 #include <stdarg.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 // 字体颜色的宏定义
 #define COLOR_WHITE 0x00ffffff  //白
 #define COLOR_BLACK 0x00000000  //黑
@@ -20,6 +24,18 @@
 
 #define SEEK_MAX 3
 
+/* The value returned by fgetc and similar functions to indicate the
+   end of the file.  */
+#define EOF (-1)
+
+typedef struct {
+    int fd;  // 文件描述符
+} FILE;
+
+extern FILE* stdin;
+extern FILE* stdout;
+extern FILE* stderr;
+
 /**
  * @brief 往屏幕上输出字符串
  *
@@ -32,4 +48,16 @@ int64_t put_string(char *str, uint64_t front_color, uint64_t bg_color);
 
 int printf(const char *fmt, ...);
 int sprintf(char *buf, const char *fmt, ...);
-int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args);
+int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args);
+
+int fflush(FILE *stream);
+int fprintf(FILE *restrict stream, const char *restrict format, ...);
+int ferror(FILE *stream);
+FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict mode);
+int fclose(FILE *stream);
+int puts(const char *s);
+int putchar(int c);
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/stdlib.h

@@ -1,6 +1,10 @@
 #pragma once
 #include <sys/types.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 /**
  * @brief 获取一块堆内存
  * 
@@ -45,4 +49,8 @@ void exit(int status);
  * @brief 通过发送SIGABRT，从而退出当前进程
  * 
  */
-void abort();
+void abort();
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/string.h

@@ -2,6 +2,10 @@
 
 #include <sys/types.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 void *memset(void *dst, unsigned char C, uint64_t size);
 /**
  * @brief 获取字符串的大小
@@ -76,4 +80,8 @@ static void *memcpy(void *dst, const void *src, long Num)
                          : "0"(Num / 8), "q"(Num), "1"(dst), "2"(src)
                          : "memory");
     return dst;
-}
+}
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/time.h

@@ -2,6 +2,10 @@
 
 #include <stddef.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 // 操作系统定义时间以ns为单位
 #define CLOCKS_PER_SEC 1000000
 
@@ -42,4 +46,8 @@ int nanosleep(const struct timespec *rqtp, struct timespec *rmtp);
  * 
  * @return clock_t 
  */
-clock_t clock();
+clock_t clock();
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/include/unistd.h

@@ -2,6 +2,10 @@
 #include <stdint.h>
 #include <sys/types.h>
 
+#if defined(__cplusplus) 
+extern  "C"  { 
+#endif
+
 /**
  * @brief 关闭文件接口
  *
@@ -116,4 +120,8 @@ int rm(const char * path);
  */
 void swab(void *restrict src, void *restrict dest, ssize_t nbytes);
 
-pid_t getpid(void);
+pid_t getpid(void);
+
+#if defined(__cplusplus) 
+}  /* extern "C" */ 
+#endif

user/libs/libc/src/libc_init.c

@@ -0,0 +1,18 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+FILE *stdin;
+FILE *stdout;
+FILE *stderr;
+
+void _libc_init()
+{
+    // 初始化标准流对应的文件描述符
+    stdin = malloc(sizeof(FILE));
+    stdout = malloc(sizeof(FILE));
+    stderr = malloc(sizeof(FILE));
+
+    stdin->fd = 0;
+    stdout->fd = 1;
+    stderr->fd = 2;
+}

user/libs/libc/src/stdio.c

@@ -0,0 +1,69 @@
+#include <fcntl.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include <unistd.h>
+
+int fprintf(FILE *restrict stream, const char *restrict format, ...)
+{
+    const int bufsize = 65536 * 2;
+    char *buf = malloc(bufsize);
+    memset(buf, 0, bufsize);
+    va_list args;
+
+    va_start(args, format);
+    vsprintf(buf, format, args);
+    va_end(args);
+
+    int len = strlen(buf);
+    if (len > bufsize - 1)
+    {
+        len = bufsize - 1;
+        buf[bufsize - 1] = 0;
+    }
+    write(stream->fd, buf, len);
+    free(buf);
+}
+
+int puts(const char *s)
+{
+    return put_string(s, COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
+}
+
+int putchar(int c)
+{
+    return printf("%c", (char)c);
+}
+
+int fflush(FILE *stream)
+{
+    return 0;
+}
+
+int ferror(FILE *stream)
+{
+    return 0;
+}
+
+int fclose(FILE *stream)
+{
+    if (stream->fd >= 3)
+    {
+        int retcval = close(stream);
+        free(stream);
+        return;
+    }
+    else
+        return 0;
+}
+
+FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict mode)
+{
+    FILE *stream = malloc(sizeof(FILE));
+    memset(stream, 0, sizeof(FILE));
+
+    int fd = open(pathname, mode);
+    if (fd >= 0)
+        stream->fd = fd;
+    return stream;
+}

user/libs/libc/src/stdlib.c

@@ -4,6 +4,8 @@
 #include <libsystem/syscall.h>
 #include <signal.h>
 
+extern void _fini();
+
 int abs(int i)
 {
     return i < 0 ? -i : i;
@@ -54,6 +56,7 @@ int atoi(const char *str)
  */
 void exit(int status)
 {
+    _fini();
     syscall_invoke(SYS_EXIT, status, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
 }
 

user/libs/libc/src/sysdeps/x86_64/Makefile

@@ -1,12 +0,0 @@
-
-
-all: start.o
-
-ifeq ($(ARCH), __x86_64__)
-start.o:
-	$(CC) $(CFLAGS) -c elf/start.c -o elf/start.o
-endif
-
-clean:
-	
-	echo "Done."