linux內核編譯系統-kbuild系統詳解

眾所周知，內核的編譯系統kbuild是個(gè)很龐大的系統。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(guò)預定義一些變量（obj-m,obj-y等等）和目標(bzImage ,menuconfig等等)，使內核的編譯和擴展變得十分方便。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，kbuild也必須很容易添加對某個(gè)新的平臺的支持，同時(shí)上層的Makefile不需要做大的改動(dòng)。

2.Linux下有眾多驅動(dòng)設備。它們的Makefile希望能夠盡可能簡(jiǎn)潔。簡(jiǎn)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(hù)只要為這些變量賦值，kbuild會(huì )自動(dòng)把代碼編譯到內核或者編譯成模塊）

3.要有方便的可定制性。很多參數可以讓用戶(hù)指定。這方面kbuild也提供了大量的變量如EXTRA_CFLAGS，用戶(hù)如果想include自己的頭文件或者加其它編譯參數，只要設置一下EXTRA_CFLAGS就可以。

4.有能力遞歸地調用Makefile。因為內核是一個(gè)龐大的軟件。它的源代碼的目錄層次很深。要提供一種簡(jiǎn)潔的機制，使上層的Makefile能方便地調用下層的Makefile。在這過(guò)程中，面向對象的思想也許值得借鑒。

5.在配置內核時(shí)，要提供友好的用戶(hù)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(lèi)庫，它為普通的內核開(kāi)發(fā)人員提供了接口（obj-m obj-y EXTRA_CFLAGS等等），為用戶(hù)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()中就和函數在.initcall.init section中的順序有關(guān)。不過(guò)喜歡尋根究底的我，還是想理一下編譯內核時(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。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

如果嫌內容太多，可以過(guò)濾掉多余的信息：

make -n bzImage | grep “make -f”

可以猜到：

先作一些準備工作

make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/basic

然后依次遞歸地調用源代碼中的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(kāi)始。找make bzImage的入口：

第一反應，自然是在/usr/src/linux/Makefile中找

bzImage:

...

可惜沒(méi)找到。

不過(guò)沒(méi)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

又因為在arch/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kbuild通常不會(huì )直接去調用某個(gè)目錄下的Makefile，而是讓該目錄作為scripts/Makefile.build 的參數。scripts/Makefile.build 會(huì )對該目錄下的Makefile中的內容(主要是obj-m和obj-y等等)進(jìn)行處理。由此看來(lái) scripts/Makefile.build這個(gè)文件很重要?？纯此隽耸裁矗?/p>

由于scripts/Makefile.build后面沒(méi)跟目標，所以默認為第一個(gè)目標：

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執行時(shí)會(huì )include .config文件。.config是make menuconfig后生成的內核配置文件。

里面有如下語(yǔ)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，現在很清楚了，它們是作為makefile的一部分，通過(guò)讀取CONFIG_XXX的值就可以知道他們是作為模塊還是作為內核的一部分而編譯的。

此外，還包含了$(obj)/Makefile。這就是通過(guò)在make時(shí)傳遞目錄名$(obj)間接調用Makefile的手法。對于內核普通代碼所對應的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(lèi)似于一個(gè)庫文件。它負責對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，記錄了需要遞歸調用的子目錄。以后遞歸調用Makefile全靠它了。這里也充分體現了GNU make對字符串進(jìn)行操作的強大功能。

回到Makefile.build。這時(shí)，重要變量$(builtin-target)，$(subdir-ym)等都已經(jīng)計算完畢。開(kāi)始列依賴(lài)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 @:

$(builtin-target)是指當前目錄下的目標文件，即$(obj)/built-in.o

如前文所說(shuō)，$(subdir-ym)用來(lái)遞歸調用子目錄的Makefile

306 # Descending

307 # ---------------------------------------------------------------------------

308

309 .PHONY: $(subdir-ym)

310 $(subdir-ym):

311 $(Q)$(MAKE) $(build)=$@

通過(guò)這種方式，實(shí)現了對某個(gè)目錄及其子目錄的編譯。

分析完Makefile.build，回過(guò)頭來(lái)再看bzImage.從arch/i386/Makefile中可以看到，bzImage是在vmlinux基礎上加以壓縮拼接而成。從vmlinux到bzImage的過(guò)程在《讀核感悟-

Linux內核

啟動(dòng)-內核的生成》中已經(jīng)有介紹?，F在看看vmlinux是如何生成的。

見(jiàn)/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(lài)的目標$(vmlinux-lds) 是對arch/i386/kernel/vmlinux.lds.S進(jìn)行預處理的結果：arch/i386/kernel/vmlinux.lds ,其它的依賴(lài)關(guān)系也都可以在/usr/src/linux/Makefile中查到。

所以，當用戶(hù)在源代碼目錄下執行make bzImage。make會(huì )檢查bzImage的依賴(lài)目標，然后不停地遞歸調用各個(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(yǔ)言，那么Makefile就是代碼。make就是解釋器。make里也有函數，也有變量。通過(guò)定義目標，可以實(shí)現類(lèi)似于函數的效果。而目標之間的依賴(lài)關(guān)系則類(lèi)似于函數內部再調用其它函數。

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展到整個(gè)make命令的執行過(guò)程（包括遞歸調用的其它Makefile），需要使用export命令。

調用Makefile的方式也有很多種：

1.一種是隱式調用，如運行make，它會(huì )自動(dòng)在當前目錄尋找Makefile等。

2.一種是顯式調用，如用make -f指定。

3.一種是用include 來(lái)調用。