關(guān)于Linux 內核配置系統淺析

隨著(zhù) Linux 操作系統的廣泛應用，特別是 Linux 在嵌入式領(lǐng)域的發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始投身到 Linux 內核級的開(kāi)發(fā)中。面對日益龐大的 Linux 內核源代碼，開(kāi)發(fā)者在完成自己的內核代碼后，都將面臨著(zhù)同樣的問(wèn)題，即如何將源代碼融入到 Linux 內核中，增加相應的 Linux 配置選項，并最終被編譯進(jìn) Linux 內核。這就需要了解 Linux 的內核配置系統。

眾所周知，Linux 內核是由分布在全球的 Linux 愛(ài)好者共同開(kāi)發(fā)的，Linux 內核每天都面臨著(zhù)許多新的變化。但是，Linux 內核的組織并沒(méi)有出現混亂的現象，反而顯得非常的簡(jiǎn)潔，而且具有很好的擴展性，開(kāi)發(fā)人員可以很方便的向 Linux 內核中增加新的內容。原因之一就是 Linux 采用了模塊化的內核配置系統，從而保證了內核的擴展性。

本文首先分析了 Linux 內核中的配置系統結構，然后，解釋了 Makefile 和配置文件的格式以及配置語(yǔ)句的含義，最后，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子--TEST Driver，具體說(shuō)明如何將自行開(kāi)發(fā)的代碼加入到 Linux 內核中。在下面的文章中，不可能解釋所有的功能和命令，只對那些常用的進(jìn)行解釋?zhuān)劣谀切](méi)有討論到的，請讀者參考后面的參考文獻。

1. 配置系統的基本結構

Linux內核的配置系統由三個(gè)部分組成，分別是：

Makefile：分布在 Linux 內核源代碼中的 Makefile，定義 Linux 內核的編譯規則;

配置文件(cONfig.in)：給用戶(hù)提供配置選擇的功能;

配置工具：包括配置命令解釋器(對配置腳本中使用的配置命令進(jìn)行解釋)和配置用戶(hù)界面(提供基于字符界面、基于 Ncurses 圖形界面以及基于 Xwindows 圖形界面的用戶(hù)配置界面，各自對應于 Make config、Make menuconfig 和 make xconfig)。

這些配置工具都是使用腳本語(yǔ)言，如 Tcl/TK、Perl 編寫(xiě)的(也包含一些用 C 編寫(xiě)的代碼)。本文并不是對配置系統本身進(jìn)行分析，而是介紹如何使用配置系統。所以，除非是配置系統的維護者，一般的內核開(kāi)發(fā)者無(wú)須了解它們的原理，只需要知道如何編寫(xiě) Makefile 和配置文件就可以。所以，在本文中，我們只對 Makefile 和配置文件進(jìn)行討論。另外，凡是涉及到與具體 CPU 體系結構相關(guān)的內容，我們都以 ARM 為例，這樣不僅可以將討論的問(wèn)題明確化，而且對內容本身不產(chǎn)生影響。

2. Makefile

2.1 Makefile 概述

Makefile 的作用是根據配置的情況，構造出需要編譯的源文件列表，然后分別編譯，并把目標代碼鏈接到一起，最終形成 Linux 內核二進(jìn)制文件。

由于 Linux 內核源代碼是按照樹(shù)形結構組織的，所以 Makefile 也被分布在目錄樹(shù)中。Linux 內核中的 Makefile 以及與 Makefile 直接相關(guān)的文件有：

Makefile：頂層 Makefile，是整個(gè)內核配置、編譯的總體控制文件。

.config：內核配置文件，包含由用戶(hù)選擇的配置選項，用來(lái)存放內核配置后的結果(如 make config)。

arch/*/Makefile：位于各種 CPU 體系目錄下的 Makefile，如 arch/arm/Makefile，是針對特定平臺的 Makefile。

各個(gè)子目錄下的 Makefile：比如 drivers/Makefile，負責所在子目錄下源代碼的管理。

Rules.make：規則文件，被所有的 Makefile 使用。

用戶(hù)通過(guò) make config 配置后，產(chǎn)生了 .config。頂層 Makefile 讀入 .config 中的配置選擇。頂層 Makefile 有兩個(gè)主要的任務(wù)：產(chǎn)生 vmlinux 文件和內核模塊(module)。為了達到此目的，頂層 Makefile 遞歸的進(jìn)入到內核的各個(gè)子目錄中，分別調用位于這些子目錄中的 Makefile。至于到底進(jìn)入哪些子目錄，取決于內核的配置。在頂層 Makefile 中，有一句：include arch/$(ARCH)/Makefile，包含了特定 CPU 體系結構下的 Makefile，這個(gè) Makefile 中包含了平臺相關(guān)的信息。

位于各個(gè)子目錄下的 Makefile 同樣也根據 .config 給出的配置信息，構造出當前配置下需要的源文件列表，并在文件的最后有 include $(TOPDIR)/Rules.make。

Rules.make 文件起著(zhù)非常重要的作用，它定義了所有 Makefile 共用的編譯規則。比如，如果需要將本目錄下所有的 c 程序編譯成匯編代碼，需要在 Makefile 中有以下的編譯規則：

%.s: %.c

$(CC) $(CFLAGS) -S $ -o $@

有很多子目錄下都有同樣的要求，就需要在各自的 Makefile 中包含此編譯規則，這會(huì )比較麻煩。而 Linux 內核中則把此類(lèi)的編譯規則統一放置到 Rules.make 中，并在各自的 Makefile 中包含進(jìn)了 Rules.make(include Rules.make)，這樣就避免了在多個(gè) Makefile 中重復同樣的規則。對于上面的例子，在 Rules.make 中對應的規則為：

%.s: %.c

$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$(*F)) $(CFLAGS_$@) -S $ -o $@

2.2 Makefile 中的變量

頂層 Makefile 定義并向環(huán)境中輸出了許多變量，為各個(gè)子目錄下的 Makefile 傳遞一些信息。有些變量，比如 SUBDIRS，不僅在頂層 Makefile 中定義并且賦初值，而且在 arch/*/Makefile 還作了擴充。

常用的變量有以下幾類(lèi)：

1) 版本信息

版本信息有：VERSION，PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。版本信息定義了當前內核的版本，比如 VERSION=2，PATCHLEVEL=4，SUBLEVEL=18，EXATAVERSION=-rmk7，它們共同構成內核的發(fā)行版本KERNELRELEASE：2.4.18-rmk7

2) CPU 體系結構：ARCH

在頂層 Makefile 的開(kāi)頭，用 ARCH 定義目標 CPU 的體系結構，比如 ARCH:=arm 等。許多子目錄的 Makefile 中，要根據 ARCH 的定義選擇編譯源文件的列表。

3) 路徑信息：TOPDIR, SUBDIRS

TOPDIR 定義了 Linux 內核源代碼所在的根目錄。例如，各個(gè)子目錄下的 Makefile 通過(guò) $(TOPDIR)/Rules.make 就可以找到 Rules.make 的位置。

SUBDIRS 定義了一個(gè)目錄列表，在編譯內核或模塊時(shí)，頂層 Makefile 就是根據 SUBDIRS 來(lái)決定進(jìn)入哪些子目錄。SUBDIRS 的值取決于內核的配置，在頂層 Makefile 中 SUBDIRS 賦值為 kernel drivers mm fs net ipc lib;根據內核的配置情況，在 arch/*/Makefile 中擴充了 SUBDIRS 的值，參見(jiàn)4)中的例子。

4) 內核組成信息：HEAD, CORE_FILES, NETWORKS, DRIVERS, LIBS