linux內(nèi)核編譯kbuild系統(tǒng)詳解

眾所周知，內(nèi)核的編譯系統(tǒng)kbuild是個(gè)很龐大的系統(tǒng)。但是，它所使用的make和我們平時(shí)用的make是一模一樣的。kbuild只是通過預(yù)定義一些變量（obj-m，obj-y等等）和目標(biāo)（bzImage ，menuconfig等等），使內(nèi)核的編譯和擴(kuò)展變得十分方便。我們不妨yy一下kbuild的一些功能：
　　1.考慮到Linux能夠方便地移植到各個(gè)硬件平臺(tái)，kbuild也必須很容易添加對某個(gè)新的平臺(tái)的支持，同時(shí)上層的Makefile不需要做大的改動(dòng)。
　　2.Linux下有眾多驅(qū)動(dòng)設(shè)備。它們的Makefile希望能夠盡可能簡潔。簡潔到只要指定要編譯的.o文件就行。（這方面kbuild定義了很多有用的變量如obj-m obj-y，-objs等等，用戶只要為這些變量賦值，kbuild會(huì)自動(dòng)把代碼編譯到內(nèi)核或者編譯成模塊）
　　3.要有方便的可定制性。很多參數(shù)可以讓用戶指定。這方面kbuild也提供了大量的變量如EXTRA_CFLAGS，用戶如果想include自己的頭文件或者加其它編譯參數(shù)，只要設(shè)置一下EXTRA_CFLAGS就可以。
　　4.有能力遞歸地調(diào)用Makefile。因?yàn)閮?nèi)核是一個(gè)龐大的軟件。它的源代碼的目錄層次很深。要提供一種簡潔的機(jī)制，使上層的Makefile能方便地調(diào)用下層的Makefile。在這過程中，面向?qū)ο蟮乃枷胍苍S值得借鑒。
　　5.在配置內(nèi)核時(shí)，要提供友好的用戶界面。這方面kbuild也提供了不少工具，如常用的make menuconfig等等。
　　我們完全可以把kbuild想象成一個(gè)類庫，它為普通的內(nèi)核開發(fā)人員提供了接口（obj-m obj-y EXTRA_CFLAGS等等），為用戶提供了定制工具（make menuconfig）
　　如果想了解kbuild的使用方法，可以參閱源代碼自帶的文檔：
　　Documentation/kbuild/makefiles.txt
　　Documentation/kbuild/modules.txt
　　一般情況下是不需要知道具體的編譯順序的。除了在個(gè)別情況下，如do_initcalls（）中就和函數(shù)在.initcall.init section中的順序有關(guān)。不過喜歡尋根究底的我，還是想理一下編譯內(nèi)核時(shí)幾個(gè)常用的命令，如make bzImage，make menuconfig等等，進(jìn)而了解kbuild的架構(gòu)。先看make bzImage吧。
　　它的大概脈絡(luò)是怎樣的呢？可以用以下命令查看。
　　make -n bzImage
　　如果嫌內(nèi)容太多，可以過濾掉多余的信息：
　　make -n bzImage | grep “make -f”
　　可以猜到：
　　先作一些準(zhǔn)備工作
　　make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
　　然后依次遞歸地調(diào)用源代碼中的Makefile
　　make -f scripts/Makefile.build obj=init
　　make -f scripts/Makefile.build obj=usr
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/acpi
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu/cpufreq
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu/mcheck
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu/mtrr
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/timers
　　。。。
　　最后壓縮內(nèi)核，生成bzImage
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/boot arch/i386/boot/bzImage
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/boot/compressed IMAGE_OFFSET=0x100000 arch/i386/boot/compressed/vmlinux
　　好，我們從頭開始。找make bzImage的入口：
　　第一反應(yīng)，自然是在/usr/src/linux/Makefile中找
　　bzImage：
　　。..
　　可惜沒找到。
　　不過沒關(guān)系，用lxr搜索一下，可知bzImage定義在arch/i386/Makefile，所以可以猜測，該makefile一定是被include了。果然，在/usr/src/linux/Makefile中有：
　　447 include $（srctree）/arch/$（ARCH）/Makefile
　　又因?yàn)樵赼rch/i386/Makefile中定義有
　　141 zImage bzImage： vmlinux
　　142 $（Q）$（MAKE） $（build）=$（boot） $（KBUILD_IMAGE）
　　其中這個(gè)$（build）定義在/usr/src/linux/Makefile中
　　1335 build ：= -f $（if $（KBUILD_SRC），$（srctree）/）scripts/Makefile.build obj
　　我們在之前查看make -n bzImage信息和之后會(huì)經(jīng)?？吹?。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)kbuild通常不會(huì)直接去調(diào)用某個(gè)目錄下的Makefile，而是讓該目錄作為scripts/Makefile.build 的參數(shù)。scripts/Makefile.build 會(huì)對該目錄下的Makefile中的內(nèi)容（主要是obj-m和obj-y等等）進(jìn)行處理。由此看來 scripts/Makefile.build這個(gè)文件很重要?？纯此隽耸裁矗?br /> 　　由于scripts/Makefile.build后面沒跟目標(biāo)，所以默認(rèn)為第一個(gè)目標(biāo)：
　　007 .PHONY： __build
　　008 __build：
　　009
　　010 # Read .config if it exist， otherwise ignore
　　011 -include .config
　　012
　　013 include $（if $（wildcard $（obj）/Kbuild）， $（obj）/Kbuild， $（obj）/Makefile）
　　014
　　015 include scripts/Makefile.lib
　　這里可以看到，scripts/Makefile.build執(zhí)行時(shí)會(huì)include .config文件。.config是make menuconfig后生成的內(nèi)核配置文件。
　　里面有如下語句：
　　CONFIG_ACPI_THERMAL=y
　　CONFIG_ACPI_ASUS=m
　　CONFIG_ACPI_IBM=m
　　。。。
　　以前我一直對它的格式表示奇怪，現(xiàn)在很清楚了，它們是作為makefile的一部分，通過讀取CONFIG_XXX的值就可以知道他們是作為模塊還是作為內(nèi)核的一部分而編譯的。
　　此外，還包含了$（obj）/Makefile。這就是通過在make時(shí)傳遞目錄名$（obj）間接調(diào)用Makefile的手法。對于內(nèi)核普通代碼所對應(yīng)的Makefile而言，里面只是對obj-m obj-y，-objs等變量進(jìn)行賦值操作。
　　接下去是include scripts/Makefile.lib
　　。正如它的文件名所示，這類似于一個(gè)庫文件。它負(fù)責(zé)對obj-m obj-y，-objs等變量進(jìn)行加工處理。從中提取出subdir-ym等變量，這是個(gè)很重要的變量，記錄了需要遞歸調(diào)用的子目錄。以后遞歸調(diào)用Makefile全靠它了。這里也充分體現(xiàn)了GNU make對字符串進(jìn)行操作的強(qiáng)大功能。
　　回到Makefile.build。這時(shí)，重要變量$（builtin-target），$（subdir-ym）等都已經(jīng)計(jì)算完畢。開始列依賴關(guān)系和具體操作了。
　　079 __build： $（if $（KBUILD_BUILTIN），$（builtin-target） $（lib-target） $（extra-y）） \
　　080 $（if $（KBUILD_MODULES），$（obj-m）） \
　　081 $（subdir-ym） $（always）
　　082 @：
　　$（builtin-target）是指當(dāng)前目錄下的目標(biāo)文件，即$（obj）/built-in.o
　　如前文所說，$（subdir-ym）用來遞歸調(diào)用子目錄的Makefile
　　306 # Descending
　　307 # ---------------------------------------------------------------------------
　　308
　　309 .PHONY： $（subdir-ym）
　　310 $（subdir-ym）：
　　311 $（Q）$（MAKE） $（build）=$@
　　通過這種方式，實(shí)現(xiàn)了對某個(gè)目錄及其子目錄的編譯。
　　分析完Makefile.build，回過頭來再看bzImage.從arch/i386/Makefile中可以看到，bzImage是在vmlinux基礎(chǔ)上加以壓縮拼接而成。從vmlinux到bzImage的過程在《讀核感悟-
　　Linux內(nèi)核
　　啟動(dòng)-內(nèi)核的生成》中已經(jīng)有介紹?，F(xiàn)在看看vmlinux是如何生成的。
　　見/usr/src/linux/Makefile
　　728 vmlinux： $（vmlinux-lds） $（vmlinux-init） $（vmlinux-main） $（kallsyms.o） FORCE
　　729 $（call if_changed_rule，vmlinux__）
　　611 vmlinux-init ：= $（head-y） $（init-y）
　　612 vmlinux-main ：= $（core-y） $（libs-y） $（drivers-y） $（net-y）
　　613 vmlinux-all ：= $（vmlinux-init） $（vmlinux-main）
　　614 vmlinux-lds ：= arch/$（ARCH）/kernel/vmlinux.lds
　　vmlinux所依賴的目標(biāo)$（vmlinux-lds） 是對arch/i386/kernel/vmlinux.lds.S進(jìn)行預(yù)處理的結(jié)果：arch/i386/kernel/vmlinux.lds ，其它的依賴關(guān)系也都可以在/usr/src/linux/Makefile中查到。
　　所以，當(dāng)用戶在源代碼目錄下執(zhí)行make bzImage。make會(huì)檢查bzImage的依賴目標(biāo)，然后不停地遞歸調(diào)用各個(gè)Makefile，最終生成一個(gè)bzImage文件。
　　如果我們換個(gè)角度，還可以歸納出不少有趣的東西。如果把make看成是一種腳本語言，那么Makefile就是代碼。make就是解釋器。make里也有函數(shù)，也有變量。通過定義目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)類似于函數(shù)的效果。而目標(biāo)之間的依賴關(guān)系則類似于函數(shù)內(nèi)部再調(diào)用其它函數(shù)。
　　如果我們考慮變量的作用域，還可以歸納出以下幾點(diǎn)：
　　1.Makefile內(nèi)部定義的變量作用域只限于那個(gè)Makefile中，如obj-m。
　　2.要使變量的作用域擴(kuò)展到整個(gè)make命令的執(zhí)行過程（包括遞歸調(diào)用的其它Makefile），需要使用export命令。
　　調(diào)用Makefile的方式也有很多種：
　　1.一種是隱式調(diào)用，如運(yùn)行make，它會(huì)自動(dòng)在當(dāng)前目錄尋找Makefile等。
　　2.一種是顯式調(diào)用，如用make -f指定。
　　3.一種是用include 來調(diào)用。
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