Linux内核(三)

Linux内核的Makefile分为5个部分：

     Makefile                 顶层Makefile，它读取.config文件，并负责创建vmlinux（内核镜像）和modules（模块文件）。
     .config                  内核配置文件，调用make menuconfig或者make xconfig命令等配置
     arch/$(ARCH)/Makefile    内核相关，具体架构的Makefile
     scripts/Makefile.*       公共编译规则定义文件。所有kbuild Makefile的规则，它们包含了定义/规则等。
     kbuild Makefiles         每个子目录都有kbuild Makefile，它们负责生成built-in或模块化目标。（注意：kbuild Makefile是指使用kbuild结构的Makefile，内核中的大多数Makefile都是kbuild Makefile。）

顶层Makefile阅读的.config文件，而该文件是由内核配置程序生成的。

顶层Makefile负责制作：vmlinux(内核文件)与modules(模块文件)。制作的过程主要是通过递归向下访问子目录的形式完成。并根据内核配置文件确定访问哪些子目录。顶层Makefile要原封不动的包含一具体架构的Makefile，其名字类似于 arch/$(ARCH)/Makefile。该架构Makefile向顶层Makefile提供其架构的特别信息。

每一个子目录都有一个Kbuild Makefile文件，用来执行从其上层目录传递下来的命令。
Kbuild Makefile从.config文件中提取信息，生成Kbuild完成内核编译所需的文件列表。

scripts/Makefile.*包含了所有的定义、规则等信息。这些文件被用来编译基于kbuild
Makefile的内核

Makefile编译流程

当用户使用Linux的Makefile编译内核版本时，Makefile的编译流程如下：

使用命令行或者图形界面配置工具，对内核进行裁减，生成.config配置文件

保存内核版本信息到 include/linux/version.h

产生符号链接 include/asm,指向实际目录 include/asm-$(ARCH)

为最终目标文件的生成进行必要的准备工作

递归进入 /init 、/core、 /drivers、 /net、 /lib等目录和其中的子目录来编译生成所有的目标文件

链接上述过程产生的目标文件生成vmlinux，vmlinux存放在内核代码树的根目录下

最后根据 arch/$(ARCH)/Makefile文件定义的后期编译的处理规则建立最终的映象bootimage,包括创建引导记录、准备initrd映象和相关处理

Makefile关键规则和定义描述

1) 目标定义

目标定义是Makefile文件的核心部分，目标定义通知Makefile需要生成哪些目标文件、如何根据特殊的编译选项链接目标文件，同时控制哪些子目录要递归进入进行编译。

这个例子Makefile文件位于/fs/ext2目录 :

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o

ext2-y := balloc.o bitmap.o dir.o file.o fsync.o ialloc.o inode.o ioctl.o namei.o super.o symlink.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o xattr_user.o xattr_trusted.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL) += acl.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_SECURITY) += xattr_security.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XIP) += xip.o

这表示与 ext2相关的目标文件由 ext2-y定义的文件列表组成，其中ext2-$(*)是由内核配置文件.config中的配置项决定，最终Makefile会在这个目录下统一生成一个目标文件ext2.o（由obj-$(CONFIG_EXT2_FS)决定）。其中obj-y表示为生成vmlinux文件所需要的目标文件集合，具体的文件依赖于内核配置。

Makefile会编译所有的$(obj-y)中定义的文件，然后调用链接器将这些文件链接到built-in.o 文件中。最终built-in.o文件通过顶层Makefile链接到vmlinux中。$(obj-y)的文件顺序很重要。列表文件可以重复，文件第一次出现时将会链接到built-in.o中，后来出现的同名文件将会被忽略。文件顺序直接决定了他们被调用的顺序。

所有包含在lib-y定义中的目标文件都将会被编译到该目录下一个统一的库文件中。值得注意的是lib-y定义一般被限制在 lib 和arch/$(ARCH)/lib 目录中。

体系makefile文件和顶层makefile文件共同定义了如何建立vmlinux文件的规则。

     $(head-y) 列举首先链接到vmlinux的对象文件。
     $(libs-y) 列举了能够找到lib.a文件的目录。
     其余的变量列举了能够找到内嵌对象文件的目录。
     $(init-y) 列举的对象位于$(head-y)对象之后。
     然后是如下位置顺序：
     $(core-y), $(libs-y), $(drivers-y) 和 $(net-y)。
     顶层makefile定义了所有通用目录，arch/$(ARCH)/Makefile文件只需增加体系相关的目录。
     例如: #arch/i386/Makefile
           libs-y                   += arch/i386/lib/

core-y += arch/i386/kernel/ \

arch/i386/mm/ \

arch/i386/$(mcore-y)/ \

arch/i386/crypto/

drivers-$(CONFIG_MATH_EMULATION) += arch/i386/math-emu/

drivers-$(CONFIG_PCI) += arch/i386/pci/

…………………………………………

2) 目录递归

Makefile文件只负责当前目录下的目标文件，子目录中的文件由子目录中的makefile负责编译，编译系统使用obj-y 和obj-m来自动递归编译各个子目录中的文件。

对于fs/Makefile:

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/

如果在内核配置文件.config中，CONFIG_EXT2_FS被设置为y或者m，则内核makefile会自动进入ext2目录来进行编译。内核 Makefile只使用这些信息来决定是否需要编译这个目录，子目录中的makefile规定哪些文件编译为模块，哪些文件编译进内核。

3) 依赖关系

Linux Makefile通过在编译过程中生成的 .文件名.o.cmd（比如对于main.c文件，它对应的依赖文件名为.main.o.cmd）来定义相关的依赖关系。

一般文件的依赖关系由如下部分组成：

所有的前期依赖文件（包括所有相关的*.c 和 *.h）

所有与CONFIG_选项相关的文件

编译目标文件所使用到的命令行

4) 特殊规则

特殊规则使用在内核编译需要规则定义而没有相应定义的时候。典型的例子如编译时头文件的产生规则。其他例子有体系makefile编译引导映像的特殊规则。特殊规则写法同普通的makefile规则。
     编译程序在makefile所在的目录不能被执行，因此所有的特殊规则需要提供前提文件和目标文件的相对路径。
     定义特殊规则时将使用到两个变量：
     $(src)： $(src)是对于makefile文件目录的相对路径，当使用代码树中的文件时使用该变量$(src)。
     $(obj)： $(obj)是目标文件目录的相对路径。生成文件使用$(obj)变量。
     例如: #drivers/scsi/Makefile
     $(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl
        $(CPP) -DCHIP=810 - < $< | ... $(src)/script_asm.pl
     这就是使用普通语法的特殊编译规则。
     目标文件依赖于两个前提文件。目标文件的前缀是$(obj), 前提文件的前缀是$(src)(因为它们不是生成文件)。

5) 引导映象

体系makefile文件定义了编译vmlinux文件的目标对象，将它们压缩和封装成引导代码，并复制到合适的位置。这包括各种安装命令。在Linux中 Makefile无法为所有的体系结构提供标准化的方法，因此常需要具体硬件体系结构下makefile提供附加处理规则。
     附加处理过程常位于arch/$(ARCH)/下的boot/目录。
     内核编译体系无法在boot/目录下提供一种便捷的方法创建目标系统文件。因此arch/$(ARCH)/Makefile要调用make命令在boot /目录下建立目标系统文件。建议使用的方法是在arch/$(ARCH)/Makefile中设置调用，并且使用完整路径引用arch/$(ARCH) /boot/Makefile。
     例如: #arch/i386/Makefile
           boot := arch/i386/boot
           bzImage: vmlinux
              $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) $(boot)/$@
     建议使用"$(Q)$(MAKE) $(build)=<dir>"方式在子目录中调用make命令。
     当执行不带参数的make命令时，将首先编译第一个目标对象。在顶层makefile中第一个目标对象是all:。
     一个体系结构需要定义一个默认的可引导映像。
     增加新的前提文件给all目标可以设置不同于vmlinux的默认目标对象。
     例如: #arch/i386/Makefile
           all: bzImage
     当执行不带参数的"make"命令时，bzImage文件将被编译。

6) 常用编译命令

if_changed
        如果必要，执行传递的命令。
        用法:
          $(builtin-target): $(obj-y) FORCE

$(call if_changed,link_o_target)
当这条规则被使用时它将检查哪些文件需要更新，或命令行被改变。后面这种情况将迫使重新编译编译选项被改变的执行文件。使用if_changed的目标对象必须列举在$( builtin-target)中，否则命令行检查将失败，目标一直会编译。

if_changed_dep

如果必要，执行传递的命令并更新依赖文件。

用法：

%.o: %.S FORCE

$(call if_changed_dep,as_o_S)

当这条规则被使用时它将检查哪些文件需要更新，或命令行被改变。同时它会重新检测依赖关系的改变并将生成新的依赖文件。这是与if_changed命令的区别。

7) 定制命令

当正常执行带编译命令时命令的简短信息会被显示（要想显示详细的命令，请在命令行中加入V＝1）。要让定制命令具有这种功能需要设置两个变量：
      quiet_cmd_<command> - 将被显示的内容
      cmd_<command>      - 被执行的命令
      例如: #
           quiet_cmd_image = BUILD   $@
            cmd_image = $(obj)/tools/build $(BUILDFLAGS) \
                    $(obj)/vmlinux.bin > $@
           targets += bzImage
           $(obj)/bzImage: $(obj)/vmlinux.bin $(obj)/tools/build FORCE
                $(call if_changed,image)
                @echo 'Kernel: $@ is ready'
     执行make命令编译$(obj)/bzImage目标时将显示：
     BUILD   arch/i386/boot/bzImage

8) 预处理链接脚本

当编译vmlinux映像时将使用arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds链接脚本。
        相同目录下的vmlinux.lds.S文件是这个脚本预处理的变体。内核编译系统知晓.lds文件。并使用规则*lds.S -> *lds。
        例如: #arch/i386/kernel/Makefile
           always := vmlinux.lds
           #Makefile
           export CPPFLAGS_vmlinux.lds += -P -C -U$(ARCH)
        $(always)赋值语句告诉编译系统编译目标是vmlinux.lds。$(CPPFLAGS_vmlinux.lds)

赋值语句告诉编译系统编译vmlinux.lds目标的编译选项。
        编译*.lds时将使用到下面这些变量：
        CPPFLAGS      : 定义在顶层Makefile
        EXTRA_CPPFLAGS      : 可以设置在编译的makefile文件中
        CPPFLAGS_$(@F) : 目标编译选项。注意要使用文件全名。

9) 主机辅助程序的编译

内核编译系统支持在编译阶段编译主机可执行程序。为了使用主机程序需要两个步骤：第一个步骤使用hostprogs-y变量告诉内核编译系统有主机程序可用。第二步给主机程序添加潜在的依赖关系。有两种方法，在规则中增加依赖关系或使用$(always)变量。

10) Clean机制

clean命令清除在编译内核生成的大部分文件，例如主机程序，列举在 $(hostprogs-y)、$(hostprogs-m)、$(always)、$(extra-y)和$(targets)中目标文件都将被删除。代码目录数中的"*.[oas]"、"*.ko"文件和一些由编译系统产生的附加文件也将被删除。
附加文件可以使用$(clean-files)进行定义。
     例如: #drivers/pci/Makefile
           clean-files := devlist.h classlist.h
当执行"make clean"命令时， "devlist.h classlist.h"两个文件将被删除。内核编译系统默认这些文件与makefile具有相同的相对路径，否则需要设置以'/'开头的绝对路径。
删除整个目录使用以下方式：
例如: #scripts/package/Makefile
     clean-dirs := $(objtree)/debian/
这样就将删除包括子目录在内的整个debian目录。如果不使用以'/'开头的绝对路径内核编译系统见默认使用相对路径。
通常内核编译系统根据"obj-* := dir/"进入子目录，但是在体系makefile中需要显式使用如下方式：
     例如: #arch/i386/boot/Makefile
           subdir- := compressed/
上面赋值语句指示编译系统执行"make clean"命令时进入compressed/目录。
在编译最终的引导映像文件的makefile中有一个可选的目标对象名称是archclean。
     例如: #arch/i386/Makefile
           archclean:
              $(Q)$(MAKE) $(clean)=arch/i386/boot
当执行"make clean"时编译器进入arch/i386/boot，arch/i386/boot中的makefile文件可以使用subdir-标识进入更下层的目录。
注意1: arch/$(ARCH)/Makefile不能使用"subdir-"，因为它被包含在顶层makefile文件中，在这个位置编译机制是不起作用的。
注意2: 所有列举在core-y、libs-y、drivers-y和net-y中的目录将被"make clean"命令清除。

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