linux配置、編譯內核實(shí)用工具

Make 

Make是一種幫助大型軟件工程的編譯工作實(shí)現自動(dòng)化的編程語(yǔ)言。正確地使用Make可以大大減少因編譯程序而花費的時(shí)間，因為它可以消除不必要的再編譯。Make的基本設計思想是如果目標文件是在最近一次對源文件的修改之后編譯的，它就是“新的”，不需要重新編譯；如果最近一次對源文件的修改之后沒(méi)有及時(shí)更新目標文件，那么該目標文件就是“舊的”，需要重新編譯。為了理解Make如何執行一個(gè)任務(wù)，需要了解一些術(shù)語(yǔ)： 

◆目標 需要執行的一個(gè)任務(wù)。多數情況下它就是用戶(hù)要生成的文件的名字，但是它也可以?xún)H是個(gè)任務(wù)的名字。 

◆依賴(lài)關(guān)系 兩個(gè)目標之間相互依存的關(guān)系。如果修改目標B會(huì )造成目標A的修改，那么就說(shuō)目標A依賴(lài)于目標B，B是A的先決條件。 

◆變量 一種存儲臨時(shí)信息的載體。Make中使用的變量應該加上括號，例如$（TEMP）。 

◆命令 執行任務(wù)時(shí)使用的指令，可以是一條、多條，甚至沒(méi)有。 

◆規則 一條完整的規則具有以下格式： 

目標(target) ： 先決條件(prerequisites) 

規則(command) 

...... 

其中只有目標必須要有，其它成分可以沒(méi)有。一條完整的規則描述了編譯一個(gè)目標的方法和依賴(lài)關(guān)系，是Makefile中最重要的部分。 

◆Makefile文件 描述如何生成一個(gè)或多個(gè)目標的文件。它列出目標依賴(lài)的各個(gè)文件，并提供正確編譯這些目標所需要的規則。 

接下來(lái)以2.4.23的kbuild為例，簡(jiǎn)要介紹一下內核的構建過(guò)程。首先，完整的內核構建過(guò)程由以下五種Makefile封裝。 

1．根目錄Makefile 

它是最重要的Makefile，定義所有與體系結構無(wú)關(guān)的變量和目標。它讀取.config文件，并根據其信息最終生成vmlinux和modules。Make通過(guò)向下遞歸調用子目錄中的Makefile來(lái)編譯這兩個(gè)目標。 

2．配置文件.config 

執行“make ”會(huì )在根目錄下生成該配置文件，其內容記錄了具體的配置選擇，也可以將舊內核的配置文件放在這里。 

3．a(chǎn)rch/*/Makefile 

這是與特定體系結構相關(guān)的Makefile。它包含在根目錄下的Makefile中，為kbuild提供體系結構的特定信息。 

4．子目錄Makefiles 

它們存在于每個(gè)子目錄下，大約有幾百個(gè)。它們接受來(lái)自上層Make傳遞下來(lái)的信息，并根據這些信息來(lái)構造一個(gè)需要編譯的文件列表，并交由Rules.make處理。 

5．Rules.make 

幾乎每個(gè)子目錄Makefile都包含該Makefile。根據子目錄Makefiles構建的文件列表，Make使用Rules.make定義的通用規則來(lái)編譯所有來(lái)自列表的源文件。 

kbuild的執行過(guò)程是：Make從根目錄Makefile開(kāi)始執行，從中獲得與體系結構無(wú)關(guān)的變量和依賴(lài)關(guān)系，并同時(shí)從arch/*/Makefile中獲得體系特定的變量等信息，這些信息擴展了根目錄Makefile提供的變量。此時(shí)kbuild已經(jīng)擁有構建內核需要的所有變量和目標。然后，Make進(jìn)入子目錄，把部分變量傳遞給子目錄Makefile。子目錄Makefile根據配置信息決定編譯哪些源文件，從而構建出一個(gè)需要編譯的文件列表。最后，Rules.make根據其定義的編譯規則決定這些文件的編譯方式。 

需要注意的是，由于Make的向下遞歸特性和無(wú)序性，其執行過(guò)程并不完全遵守順序逐行執行的規則，但無(wú)論Make的執行有多復雜，也只分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段Make會(huì )讀取所有變量和分析所有目標的依賴(lài)關(guān)系，并最終建立一棵依賴(lài)關(guān)系樹(shù)。同時(shí)，所有的立即型變量（通過(guò)“:＝”賦值）在這個(gè)過(guò)程中被擴展，就像C變量一樣。而在這個(gè)階段的最后，所有的延遲型變量才被擴展（通過(guò)“＝”賦值）。這點(diǎn)需要格外注意。第二個(gè)階段Make會(huì )根據依賴(lài)關(guān)系樹(shù)執行命令。 

因此，一個(gè)目標和其先決條件的規則定義的順序是無(wú)所謂的，很可能一個(gè)目標的先決條件的規則定義在百行以后才出現。Make會(huì )耐心讀完所有的Makefile后分析得出依賴(lài)關(guān)系樹(shù)。 

GCC 

GCC是GNU的免費編譯程序，也是內核惟一指定使用的編譯器。GCC在執行一個(gè)完整的編譯任務(wù)時(shí)會(huì )經(jīng)過(guò)以下步驟： 

◆預處理 GCC會(huì )調用cpp程序來(lái)分析各種宏指令，如#define、#if、#include等。 

◆編譯 這一階段根據輸入文件產(chǎn)生匯編語(yǔ)言指令。由于通常情況下是立即調用匯編程序as，所以輸出一般不保存在文件中，可以使用-S選項強制輸出源程序的匯編版本。 

◆匯編 這一階段將匯編語(yǔ)言源程序作為輸入，生成.o目標文件。 

◆鏈接 這是最后一個(gè)階段。該階段中，各個(gè).o模塊被鏈接在一起構成可執行文件。 

as 

用戶(hù)可以明確地要求使用as來(lái)直接處理匯編文件。as產(chǎn)生的目標文件可以分為文本段（.text）、數據段（.data）和未初始化數據段（.bss）。 

ld 

與as相似，用戶(hù)可以明確地要求使用ld鏈接程序將幾個(gè)模塊組合成一個(gè)單獨的可執行文件。其鏈接過(guò)程通常由一個(gè)叫ld鏈接腳本的文件來(lái)描述。該腳本使用Linker Command Language編寫(xiě)。使用“l(fā)d --verose”命令可以看到這個(gè)默認使用的ld鏈接腳本。 

ar 

ar是GNU的二進(jìn)制文件處理程序，用于創(chuàng )建、修改及從歸檔文件中抽取文件。由它生成的.a歸檔文件實(shí)際上是一個(gè)包含許多可執行二進(jìn)制代碼子程序集合的庫文件。 

RPMBuild 

使用“make rpm”可以把內核源代碼制作成RPM包。在此之前，kbuild會(huì )執行“make spec”生成rpmbuild程序用到的spec文件，詳見(jiàn)“man rpmbuild”。 

中間件 

根目錄scripts下的各種腳本和C源文件都可以稱(chēng)作中間件。它們并不是內核組件的一部分，只是在kbuild執行過(guò)程中的輔助程序。以split-include為例，講述配置文件的運作機理。 

.config由關(guān)鍵字/值對組成，其內容類(lèi)似于： 




CONFIG_MPENTIUMIII=y 
# CONFIG_MPENTIUM4 is not set 
CONFIG_REISERFS_FS=m 
  




這些信息在執行“make ”時(shí)自動(dòng)生成。同時(shí)include/linux/autoconf.h依照.config的內容生成。它的格式類(lèi)似于: 




#define CONFIG_MPENTIUMIII 1 
#undef CONFIG_MPENTIUM4 
#undefCONFIG_REISERFS_FS 
#define CONFIG_REISERFS_FS_MODULE 1 
  




對比一下不難發(fā)現，include/linux/autoconf.h明確地洞悉了.config的意圖：哪些組件不編譯，哪些需要編譯進(jìn)內核，而哪些又要作為模塊來(lái)編譯？split-include根據include/linux/autoconf.h在include/config/下建立相關(guān)的目錄和.h文件。每個(gè).h文件只包括include/linux/autoconf.h中的某一行，比如在配置內核選項時(shí)支持NTFS文件系統，并把它編譯進(jìn)內核，在.config中就會(huì )生成“CONFIG_NTFS_FS=y”，相應地在include/linux/autoconf.h中會(huì )生成“#define CONFIG_NTFS_FS 1”一項。這樣，所有與NTFS文件系統相關(guān)的C源文件都會(huì )包含include/config/ntfs/fs.h頭文件。 

如果以前編譯過(guò)內核，并且沒(méi)有使用過(guò)“make mrproper”，.config、include/linux/autoconf.h和include/linux/config/就不會(huì )被刪除。這里涉及到新舊內核的配置問(wèn)題。一個(gè)全新的內核代碼是未經(jīng)配置的。如果只在原內核的功能基礎上增加對NTFS的支持，那么從頭開(kāi)始配置無(wú)疑是浪費時(shí)間?？梢岳^續使用原內核的.config文件，而所有的配置信息不會(huì )有任何更改，并且可以直接在原配置的基礎上增加新功能。 

在復雜的情況下，保留的舊內核配置信息還要與新的配置信息進(jìn)行比較：哪些舊信息需要覆蓋，哪些需要保留？下面來(lái)看一下幾種可能的情況: 

  

舊值保存在include/config/下的.h文件中，新值保存在新生成的include/linux/autoconf.h文件中。split-include的代碼不僅描述了如何處理這五種情況，還描述了include/config/下文件和子目錄的生成過(guò)程。