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读Kernel感悟-kbuild系统-make bzImage的过程
来源: ChinaUnix博客  日期: 2009.07.03 13:26 (共有条评论) 我要评论
 

从以上例子中可以看到,内核的编译系统kbuild是个很庞大的系统。但是,它所使用的make和我们平时用的make是一模一样的。kbuild只是通过预定义一些变量(obj-m,obj-y等等)和目标(bzImage ,menuconfig等等),使内核的编译和扩展变得十分方便。我们不妨yy一下kbuild的一些功能:
1.考虑到Linux能够方便地移植到各个硬件平台,kbuild也必须很容易添加对某个新的平台的支持,同时上层的Makefile不需要做大的改动。
2.Linux下有众多驱动设备。它们的Makefile希望能够尽可能简洁。简洁到只要指定要编译的.o文件就行。(这方面kbuild定义了很多有用的变量如obj-m obj-y,-objs等等,用户只要为这些变量赋值,kbuild会自动把代码编译到内核或者编译成模块)
3.要有方便的可定制性。很多参数可以让用户指定。这方面kbuild也提供了大量的变量如EXTRA_CFLAGS,用户如果想include自己的头文件或者加其它编译参数,只要设置一下EXTRA_CFLAGS就可以。
4.有能力递归地调用Makefile。因为内核是一个庞大的软件。它的源代码的目录层次很深。要提供一种简洁的机制,使上层的Makefile能方便地调用下层的Makefile。在这过程中,面向对象的思想也许值得借鉴。
5.在配置内核时,要提供友好的用户界面。这方面kbuild也提供了不少工具,如常用的make menuconfig等等。
我们完全可以把kbuild想象成一个类库,它为普通的内核开发人员提供了接口(obj-m obj-y EXTRA_CFLAGS等等),为用户提供了定制工具(make menuconfig)
如果想了解kbuild的使用方法,可以参阅源代码自带的文档:
Documentation/kbuild/makefiles.txt
Documentation/kbuild/modules.txt
一般情况下是不需要知道具体的编译顺序的。除了在个别情况下,如do_initcalls()中就和函数在.initcall.init section中的顺序有关。不过喜欢寻根究底的我,还是想理一下编译内核时几个常用的命令,如make bzImage,make menuconfig等等,进而了解kbuild的架构。先看make bzImage吧。
它的大概脉络是怎样的呢?可以用以下命令查看。
make -n bzImage
如果嫌内容太多,可以过滤掉多余的信息:
make -n bzImage | grep “make -f”
可以猜到:
先作一些准备工作
make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
然后依次递归地调用源代码中的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
。。。
最后压缩内核,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,我们从头开始。找make bzImage的入口:
第一反应,自然是在/usr/src/linux/Makefile中找
bzImage:
...
可惜没找到。
不过没关系,用lxr搜索一下,可知bzImage定义在arch/i386/Makefile,所以可以猜测,该makefile一定是被include了。果然,在/usr/src/linux/Makefile中有:
447 include $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefile
又因为在arch/i386/Makefile中定义有
141 zImage bzImage: vmlinux
142         $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) $(KBUILD_IMAGE)
其中这个$(build)定义在/usr/src/linux/Makefile中
1335 build := -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj
我们在之前查看make -n bzImage信息和之后会经常看到。我们会发现kbuild通常不会直接去调用某个目录下的Makefile,而是让该目录作为scripts/Makefile.build 的参数。scripts/Makefile.build 会对该目录下的Makefile中的内容(主要是obj-m和obj-y等等)进行处理。由此看来 scripts/Makefile.build这个文件很重要。看看它做了什么:
由于scripts/Makefile.build后面没跟目标,所以默认为第一个目标:
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, $(obj)/Makefile)
014
015 include scripts/Makefile.lib
这里可以看到,scripts/Makefile.build执行时会include .config文件。.config是make menuconfig后生成的内核配置文件。
里面有如下语句:
CONFIG_ACPI_THERMAL=y
CONFIG_ACPI_ASUS=m
CONFIG_ACPI_IBM=m
。。。
以前我一直对它的格式表示奇怪,现在很清楚了,它们是作为makefile的一部分,通过读取CONFIG_XXX的值就可以知道他们是作为模块还是作为内核的一部分而编译的。
此外,还包含了$(obj)/Makefile。这就是通过在make时传递目录名$(obj)间接调用Makefile的手法。对于内核普通代码所对应的Makefile而言,里面只是对obj-m obj-y,-objs等变量进行赋值操作。
接下去是include scripts/Makefile.lib
。正如它的文件名所示,这类似于一个库文件。它负责对obj-m obj-y,-objs等变量进行加工处理。从中提取出subdir-ym等变量,这是个很重要的变量,记录了需要递归调用的子目录。以后递归调用Makefile全靠它了。这里也充分体现了GNU make对字符串进行操作的强大功能。
回到Makefile.build。这时,重要变量$(builtin-target),$(subdir-ym)等都已经计算完毕。开始列依赖关系和具体操作了。
079 __build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \
080          $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m)) \
081          $(subdir-ym) $(always)
082         @:
$(builtin-target)是指当前目录下的目标文件,即$(obj)/built-in.o
如前文所说,$(subdir-ym)用来递归调用子目录的Makefile
306 # Descending
307 # ---------------------------------------------------------------------------
308
309 .PHONY: $(subdir-ym)
310 $(subdir-ym):
311         $(Q)$(MAKE) $(build)=$@
通过这种方式,实现了对某个目录及其子目录的编译。
分析完Makefile.build,回过头来再看bzImage.从arch/i386/Makefile中可以看到,bzImage是在vmlinux基础上加以压缩拼接而成。从vmlinux到bzImage的过程在《读核感悟-
Linux内核
启动-内核的生成》中已经有介绍。现在看看vmlinux是如何生成的。
见/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所依赖的目标$(vmlinux-lds) 是对arch/i386/kernel/vmlinux.lds.S进行预处理的结果:arch/i386/kernel/vmlinux.lds ,其它的依赖关系也都可以在/usr/src/linux/Makefile中查到。
所以,当用户在源代码目录下执行make bzImage。make会检查bzImage的依赖目标,然后不停地递归调用各个Makefile,最终生成一个bzImage文件。
如果我们换个角度,还可以归纳出不少有趣的东西。如果把make看成是一种脚本语言,那么Makefile就是代码。make就是解释器。make里也有函数,也有变量。通过定义目标,可以实现类似于函数的效果。而目标之间的依赖关系则类似于函数内部再调用其它函数。
如果我们考虑变量的作用域,还可以归纳出以下几点:
1.Makefile内部定义的变量作用域只限于那个Makefile中,如obj-m。
2.要使变量的作用域扩展到整个make命令的执行过程(包括递归调用的其它Makefile),需要使用export命令。
调用Makefile的方式也有很多种:
1.一种是隐式调用,如运行make,它会自动在当前目录寻找Makefile等。
2.一种是显式调用,如用make -f指定。
3.一种是用include 来调用。


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