(轉)Linux 2.6內核Makefile分析由於Linux的獨特優勢,使越來越多的企業和科研機構把目光轉向Linux的開發和研究上。目前Linux最新的穩定內核版本為2.6.17,但是當今絕大部分對於Linux Makefile的介紹文章都是基於2.4內核的,可以說關於2.6內核Makefile相關的文章鳳毛麟角,筆者抽時間完成了這篇分析文章,讓讀者迅速熟悉Linux最新Makefile體系,從而加深對內核的理解,同時也希望能對Linux在公司的推廣起到一定的推動作用,算是抛磚引玉吧!
1 Makefile組織層次Linux的Make體系由如下幾部分組成:
Ø 頂層Makefile
頂層Makefile通過讀取配置檔,遞迴編譯內核代碼樹的相關目錄,從而產生兩個重要的目標檔:vmlinux和模組。
Ø 內核相關Makefile
位於arch/$(ARCH) 目錄下,為頂層Makefile提供與具體硬體體協結構相關的資訊。
Ø 公共編譯規則定義檔。
包括Makefile.build 、Makefile.clean、Makefile.lib、Makefile.host等檔組成。這些檔位於scripts目錄中,定義了編譯需要的公共的規則和定義。
Ø 內核配置檔 .config
通過調用make menuconfig或者make xconfig命令,用戶可以選擇需要的配置來生成期望的目標檔。
Ø 其他Makefile
主要為整個Makefile體系提供各自模組的目標檔定義,上層Makefile根據它所定義的目標來完成各自模組的編譯。
2 Makefile的使用
在編譯內核之前,用戶必須首先完成必要的配置。Linux內核提供了數不勝數的功能,支援眾多的硬體體系結構,這就需要用戶對將要生成的內核進行裁減。內核提供了多種不同的工具來簡化內核的配置,最簡單的一種是字元介面下命令行工具:
make config
這個工具會依次遍曆內核所有的配置項,要求用戶進行逐項的選擇配置。這個工具會耗費用戶太多時間,除非萬不得以(你的編譯主機不支援其他配置工具)一般不建議使用。
用戶還可以使用利用ncurse庫編制的圖形介面工具,這就是大名鼎鼎的:
make menuconfig
相信以前對2.4內核比較熟悉的用戶一定不會陌生。當然在2.6內核中提供了更漂亮和方便的基於X11的圖形配置工具:
make xconfig
當用戶使用這個工具對Linux內核進行配置時,介面下方會出現這個配置項相關的幫助資訊和簡單描述,當你對內核配置選項不太熟悉時,建議你使用這個工具來進行內核配置。
當用戶完成配置後,配置工具會自動生成.config檔,它被保存在內核代碼樹的根目錄下。用戶可以很容易找到它,當然用戶也可以直接對這個檔進行簡單的修改。但是當你修改過配置檔之後,你必須通過下面的命令來驗證和更新配置:
make oldconfig
跟2.4版本的不同之處在於,用戶不需要顯示的調用make dep命令來生成依賴檔,內核會自動維護代碼間的依賴關係。
當一切工作完成以後,用戶只需要簡單鍵入make,剩下所有的工作makefile就會自動替你完成了。
3 Makefile編譯流程
當用戶使用Linux的Makefile編譯內核版本時,Makefile的編譯流程如下:
Ø 使用命令行或者圖形介面配置工具,對內核進行裁減,生成.config配置檔
Ø 保存內核版本資訊到 include/linux/version.h
Ø 產生符號鏈結 include/asm,指向實際目錄 include/asm-$(ARCH)
Ø 為最終目標檔的生成進行必要的準備工作
Ø 遞迴進入 /init 、/core、 /drivers、 /net、 /lib等目錄和其中的子目錄來編譯生成所有的目標檔
Ø 鏈結上述過程產生的目標檔生成vmlinux,vmlinux存放在內核代碼樹的根目錄下
Ø 最後根據 arch/$(ARCH)/Makefile檔定義的後期編譯的處理規則建立最終的映象bootimage,包括創建引導記錄、準備initrd映象和相關處理
4 Makefile關鍵規則和定義描述
1) 目標定義 目標定義是Makefile檔的核心部分,目標定義通知Makefile需要生成哪些目標檔、如何根據特殊的編譯選項鏈結目標檔,同時控制哪些子目錄要遞迴進入進行編譯。
這個例子Makefile檔位於/fs/ext2目錄 :
#
# Makefile for the linux ext2-filesystem routines.
#
obj-$(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
這表示與ext2相關的目標檔由 ext2-y定義的檔列表組成,其中ext2-$(*)是由內核配置檔.config中的配置項決定,最終Makefile會在這個目錄下統一生成一個目標檔ext2.o(由obj-$(CONFIG_EXT2_FS)決定)。其中obj-y表示為生成vmlinux檔所需要的目標檔集合,具體的檔依賴於內核配置。
Makefile會編譯所有的$(obj-y)中定義的檔,然後調用鏈結器將這些檔鏈結到built-in.o文件中。最終built-in.o檔通過頂層Makefile鏈結到vmlinux中。值得注意的是$(obj-y)的檔順序很重要。列表檔可以重複,檔第一次出現時將會鏈結到built-in.o中,後來出現的同名檔將會被忽略。檔順序直接決定了他們被調用的順序,這一點讀者需要特別注意。
讀者可能會在某些Makefile中發現lib-y定義,所有包含在lib-y定義中的目標檔都將會被編譯到該目錄下一個統一的庫檔中。值得注意的是lib-y定義一般被限制在 lib 和arch/$(ARCH)/lib 目錄中。
體系makefile檔和頂層makefile檔共同定義了如何建立vmlinux檔的規則。
$(head-y) 列舉首先鏈結到vmlinux的物件檔。
$(libs-y) 列舉了能夠找到lib.a檔的目錄。
其餘的變數列舉了能夠找到内嵌物件檔的目錄。
$(init-y) 列舉的物件位於$(head-y)物件之後。
然後是如下位置順序:
$(core-y), $(libs-y), $(drivers-y) 和 $(net-y)。
頂層makefile定義了所有通用目錄,arch/$(ARCH)/Makefile檔只需增加體系相關的目錄。
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-$(CONFIG_PCI) += arch/i386/pci/
…………………………………………
2) 目錄遞迴Makefile檔只負責當前目錄下的目標檔,子目錄中的檔由子目錄中的makefile負責編譯,編譯系統使用obj-y 和 obj-m來自動遞迴編譯各個子目錄中的檔。
對於fs/Makefile:
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/
如果在內核配置檔.config中,CONFIG_EXT2_FS被設置為y或者m,則內核makefile會自動進入ext2目錄來進行編譯。內核Makefile只使用這些資訊來決定是否需要編譯這個目錄,子目錄中的makefile規定哪些檔編譯為模組,哪些檔編譯進內核。
3) 依賴關係Linux Makefile通過在編譯過程中生成的 .檔案名.o.cmd(比如對於main.c檔,它對應的依賴檔案名為.main.o.cmd)來定義相關的依賴關係。
一般檔的依賴關係由如下部分組成:
Ø 所有的前期依賴檔(包括所有相關的*.c 和 *.h)
Ø 所有與CONFIG_選項相關的檔
Ø 編譯目標檔所使用到的命令行
位於init目錄下的main.c檔的依賴檔.main.o.cmd內容如下,讀者可以結合起來理解上述檔依賴關係的三個組成部分:
cmd_init/main.o := gcc -m32 -Wp,-MD,init/.main.o.d -nostdinc -isystem /usr/lib/gcc-lib/i386-redhat-linux/3.2.2/include -D__KERNEL__ -Iinclude -Iinclude2 -I/home/linux/linux-2.6.17.11/include -include include/linux/autoconf.h -I/home/linux/linux-2.6.17.11/init -Iinit -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs -fno-strict-aliasing -fno-common -Os -fomit-frame-pointer -pipe -msoft-float -mpreferred-stack-boundary=2 -march=i686 -mcpu=pentium4 -mregparm=3 -ffreestanding -I/home/linux/linux-2.6.17.11/include/asm-i386/mach-default -Iinclude/asm-i386/mach-default -D"KBUILD_STR(s)=\#s" -D"KBUILD_BASENAME=KBUILD_STR(main)" -D"KBUILD_MODNAME=KBUILD_STR(main)" -c -o init/.tmp_main.o /home/linux/linux-2.6.17.11/init/main.c
deps_init/main.o := \
/home/linux/linux-2.6.17.11/init/main.c \
$(wildcard include/config/x86/local/apic.h) \
$(wildcard include/config/acpi.h) \
# 由於篇幅的關係,此處略去一些定義
……………………………………..
include2/asm/mpspec_def.h \
/home/linux/linux-2.6.17.11/include/asm-i386/mach-default/mach_mpspec.h \
include2/asm/io_apic.h \
include2/asm/apic.h \
init/main.o: $(deps_init/main.o)
$(deps_init/main.o):
4) 特殊規則特殊規則使用在內核編譯需要規則定義而沒有相應定義的時候。典型的例子如編譯時頭檔的產生規則。其他例子有體系makefile編譯引導映射的特殊規則。特殊規則寫法同普通的makefile規則。
編譯程序在makefile所在的目錄不能被執行,因此所有的特殊規則需要提供前期檔和目標檔的相對路徑。
定義特殊規則時將使用到兩個變數:
$(src): $(src)是對於makefile檔目錄的相對路徑,當使用代碼樹中的檔時
使用該變數$(src)。
$(obj): $(obj)是目標檔目錄的相對路徑。生成檔使用$(obj)變數。
例如: #drivers/scsi/Makefile
$(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl
$(CPP) -DCHIP=810 - < $< | ... $(src)/script_asm.pl
這就是使用普通語法的特殊編譯規則。
目標檔依賴於兩個前提檔。目標檔的首碼是$(obj), 前提檔的首碼是
$(src)(因為它們不是生成檔)。
5) 引導映象體系makefile檔定義了編譯vmlinux檔的目標物件,將它們壓縮和封裝成引導代碼,並複製到合適的位置。這包括各種安裝命令。在Linux中Makefile無法為所有的體系結構提供標準化的方法,因此常需要具體硬體體系結構下makefile提供附加處理規則。
附加處理過程常位於arch/$(ARCH)/下的boot/目錄。
內核編譯體系無法在boot/目錄下提供一種便捷的方法創建目標系統檔。因此arch/$(ARCH)/Makefile要調用make命令在boot/目錄下建立目標系統檔。建議使用的方法是在arch/$(ARCH)/Makefile中設置調用,並且使用完整路徑引用arch/$(ARCH)/boot/Makefile。
例如: #arch/i386/Makefile
boot := arch/i386/boot
bzImage: vmlinux
$(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) $(boot)/$@
建議使用"$(Q)$(MAKE) $(build)=
"方式在子目錄中調用make命令。
當執行不帶參數的make命令時,將首先編譯第一個目標物件。在頂層makefile中第一個目標物件是all:。
一個體系結構需要定義一個默認的可引導映射。
增加新的前提檔給all目標可以設置不同於vmlinux的默認目標物件。
例如: #arch/i386/Makefile
all: bzImage
當執行不帶參數的"make"命令時,bzImage文件將被編譯。
6) 常用編譯命令if_changed
如果必要,執行傳遞的命令。
用法:
$(builtin-target): $(obj-y) FORCE
$(call if_changed,link_o_target)
當這條規則被使用時它將檢查哪些檔需要更新,或命令行被改變。後面這種情況將迫使
重新編譯編譯選項被改變的執行檔。使用if_changed的目標物件必須列舉在$( builtin-target)中,否則命令行檢查將失敗,目標一直會編譯。
if_changed_dep
如果必要,執行傳遞的命令並更新依賴檔。
用法:
%.o: %.S FORCE
$(call if_changed_dep,as_o_S)
當這條規則被使用時它將檢查哪些檔需要更新,或命令行被改變。同時它會重新檢測依賴關係的改變並將生成新的依賴檔。這是與if_changed命令的區別。
7) 定制命令 當正常執行帶編譯命令時命令的簡短資訊會被顯示(要想顯示詳細的命令,請在命令行中加入V=1)。要讓定制命令具有這種功能需要設置兩個變數:
quiet_cmd_ - 將被顯示的內容
cmd_ - 被執行的命令
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: $@ is ready'
執行make命令編譯$(obj)/bzImage目標時將顯示:
BUILD arch/i386/boot/bzImage
8) 預處理鏈結腳本當編譯vmlinux映射時將使用arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds鏈結腳本。
相同目錄下的vmlinux.lds.S檔是這個腳本的預處理的變體。內核編譯系統知曉.lds
文件。並使用規則*lds.S -> *lds。
例如: #arch/i386/kernel/Makefile
always := vmlinux.lds
#Makefile
export CPPFLAGS_vmlinux.lds += -P -C -U$(ARCH)
$(always)賦值語句告訴編譯系統編譯目標是vmlinux.lds。$(CPPFLAGS_vmlinux.lds)
賦值語句告訴編譯系統編譯vmlinux.lds目標的編譯選項。
編譯*.lds時將使用到下面這些變數:
CPPFLAGS : 定義在頂層Makefile
EXTRA_CPPFLAGS : 可以設置在編譯的makefile檔中
CPPFLAGS_$(@F) : 目標編譯選項。注意要使用檔全名。
9) 主機輔助程式的編譯內核編譯系統支援在編譯階段編譯主機可執行程式。為了使用主機程式需要兩個步驟:第一個步驟使用hostprogs-y變數告訴內核編譯系統有主機程式可用。第二步給主機程式添加潛在的依賴關係。有兩種方法,在規則中增加依賴關係或使用$(always)變數。這一部分的內容相對於其他內核檔的編譯要簡單的多,感興趣的讀者可以參考scripts/Makefile.build中的相關內容。
10) Clean機制clean命令清除在編譯內核生成的大部分檔,例如主機程式,列舉在 $(hostprogs-y)、$(hostprogs-m)、$(always)、$(extra-y)和$(targets)中目標檔都將被刪除。代碼目錄數中的"*.[oas]"、"*.ko"檔和一些由編譯系統產生的附加檔也將被刪除。
附加檔可以使用$(clean-files)進行定義。
例如: #drivers/pci/Makefile
clean-files := devlist.h classlist.h
當執行"make clean"命令時, "devlist.h classlist.h"兩個檔將被刪除。內核編譯系統默認這些檔與makefile具有相同的相對路徑,否則需要設置以'/'開頭的絕對路徑。
刪除整個目錄使用以下方式:
例如: #scripts/package/Makefile
clean-dirs := $(objtree)/debian/
這樣就將刪除包括子目錄在內的整個debian目錄。如果不使用以'/'開頭的絕對路徑內核編譯系統見默認使用相對路徑。
通常內核編譯系統根據"obj-* := dir/"進入子目錄,但是在體系makefile中需要顯式使用如下方式:
例如: #arch/i386/boot/Makefile
subdir- := compressed/
上面賦值語句指示編譯系統執行"make clean"命令時進入compressed/目錄。
在編譯最終的引導映射檔的makefile中有一個可選的目標物件名稱是archclean。
例如: #arch/i386/Makefile
archclean:
$(Q)$(MAKE) $(clean)=arch/i386/boot
當執行"make clean"時編譯器進入arch/i386/boot並象通常一樣工作。arch/i386/boot 中的makefile檔可以使用subdir-標識進入更下層的目錄。
注意1: arch/$(ARCH)/Makefile不能使用"subdir-",因為它被包含在頂層makefile檔中,在這個位置編譯機制是不起作用的。
注意2: 所有列舉在core-y、libs-y、drivers-y和net-y中的目錄將被"make clean"命令清除。
4 小結隨著Linux的飛速發展,越來越多的開發人員將關注的焦點集中到Linux的研究和開發上。如果想對Linux內核進行研究和開發,就必須首先熟悉Linux 內核Makefile的組織和編譯過程。目前Linux最新的穩定內核版本為2.6.17,但是當今絕大部分對於Linux Makefile的介紹都是基於2.4內核的,可以說關於2.6內核Makefile相關的文章鳳毛麟角,我特意抽時間完成了這篇分析文章,讓讀者迅速熟悉Linux最新Makefile體系,從而加深對內核的理解,同時也希望能對Linux在公司的推廣起到一定的推動作用。
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