CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support

08 Nov 2018Philip Ye

问题现象

最近在交叉编译 X86-64 平台的 Linux 内核时，出现如下编译警告：

CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support

查看 .config 文件确实打开了 CONFIG_X86_X32:

CONFIG_X86_X32=y

在 arch/x86/Kconfig 中找到对 CONFIG_X86_X32 的说明：

config X86_X32
	bool "x32 ABI for 64-bit mode"
	depends on X86_64
	---help---
	  Include code to run binaries for the x32 native 32-bit ABI
	  for 64-bit processors.  An x32 process gets access to the
	  full 64-bit register file and wide data path while leaving
	  pointers at 32 bits for smaller memory footprint.

	  You will need a recent binutils (2.22 or later) with
	  elf32_x86_64 support enabled to compile a kernel with this
	  option set.

由上述说明可知，CONFIG_X86_X32 选项用于在 64 位处理器上运行原生 32 位程序，需要 binutils 2.22 或更高版本（带 elf32_x86_64 支持）。

源码分析

在内核源码中搜索上述警告，定位到 arch/x86/Makefile：

ifdef CONFIG_X86_X32
	x32_ld_ok := $(call try-run,\
			/bin/echo -e '1: .quad 1b' | \
			$(CC) $(KBUILD_AFLAGS) -c -x assembler -o "$$TMP" - && \
			$(OBJCOPY) -O elf32-x86-64 "$$TMP" "$$TMPO" && \
			$(LD) -m elf32_x86_64 "$$TMPO" -o "$$TMP",y,n)
        ifeq ($(x32_ld_ok),y)
                CONFIG_X86_X32_ABI := y
                KBUILD_AFLAGS += -DCONFIG_X86_X32_ABI
                KBUILD_CFLAGS += -DCONFIG_X86_X32_ABI
        else
                $(warning CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support)
        endif
endif

此段代码即是根据 try-run 的运行结果确定工具链是否支持 elf32_x86_64，如果支持则定义 CONFIG_X86_X32_ABI，否则输出前述编译警告。

try-run 在 scripts/Kbuild.include 中定义：

# output directory for tests below
TMPOUT := $(if $(KBUILD_EXTMOD),$(firstword $(KBUILD_EXTMOD))/)

# try-run
# Usage: option = $(call try-run, $(CC)...-o "$$TMP",option-ok,otherwise)
# Exit code chooses option. "$$TMP" serves as a temporary file and is
# automatically cleaned up.
try-run = $(shell set -e;		\
	TMP="$(TMPOUT).$$$$.tmp";	\
	TMPO="$(TMPOUT).$$$$.o";	\
	if ($(1)) >/dev/null 2>&1;	\
	then echo "$(2)";		\
	else echo "$(3)";		\
	fi;				\
	rm -f "$$TMP" "$$TMPO")

其作用是执行第一个入参指定的命令，如果成功则输出第二个入参，失败则输出第三个入参，最后删除临时目录下的两个临时文件。

结合 arch/x86/Makefile 的使用情况，完成如下三个操作：

  • 将一行汇编语句使用 gcc 编译成 .$$$$.tmp；
  • 使用 objcopy 将 .$$$$.tmp 转换为 elf32-x86-64 格式的 .$$$$.o；
  • 最后使用 ld 将 .$$$$.o 链接为 elf32_x86_64 目标的 .$$$$.tmp（复用此文件名）。

假如三个操作都没有错误发生，表明目标工具链支持 x32 ABI 对应的选项，则 x32_ld_ok 变量赋值为 y，否则赋值为 n。

其中要编译的汇编语句仅有一行，作用是定义一个值为 1 的 64 比特数值，仅用于后续的选项测试，没有实际功能：

1: .quad 1b

查看工具链支持的编译目标

在 objcopy --help 的最后可查看其支持的目标，其中包括 elf32-86-64，各个目标可作为 -O 参数传入：

objcopy: supported targets: elf64-x86-64 elf32-i386 elf32-iamcu elf32-x86-64 pei-i386 pei-x86-64 elf64-l1om elf64-k1om elf64-little elf64-big elf32-little elf32-big pe-x86-64 pe-bigobj-x86-64 pe-i386 plugin srec symbolsrec verilog tekhex binary ihex

ld -V 可查看其支持的目标，其中包括 elf32_86_64，各个目标可作为 -m 参数传入：

# ld -V
GNU ld (GNU Binutils for Ubuntu) 2.31.1
  Supported emulations:
   elf_x86_64
   elf32_x86_64
   elf_i386
   elf_iamcu
   elf_l1om
   elf_k1om
   i386pep
   i386pe

注意：objcopy 和 ld 参数值的不同（elf32-86-64 和 elf32_86_64）。

解决方法

假如查看到的工具链不支持需要的目标，只需升级工具链再重新编译内核即可。

小结

  • 64 位处理器运行原生 32 位程序，需要打开内核 CONFIG_X86_X32 选项。
  • CONFIG_X86_X32 选项需要工具链支持编译 elf32_x86_64 目标。
  • objcopy --help 和 ld -V 可查看两个命令支持的目标格式。

以上。

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