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Arm Linux Kernel 構(gòu)建情景分析

作者：時(shí)間：2016-11-09 來源：網(wǎng)絡(luò)

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概述

構(gòu)建一個(gè)內(nèi)核，一般是先配置，后編譯。這里以構(gòu)建 Nexus5 內(nèi)核為例，代號(hào)為hammerhead。
配置

通常做法是以廠商預(yù)置的配置為基礎(chǔ)，根據(jù)自己需要進(jìn)行配置。命令：
make ARCH=arm hammerhead_defconfig
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201611/317990.htm
執(zhí)行完畢后，"arch/arm/configs/hammerhead_defconfig" 文件會(huì)被到 ".config" ，作為默認(rèn)配置。
然后運(yùn)行以下命令根據(jù)自己需要進(jìn)行配置：
make ARCH=arm menuconfig
編譯

通常，需要生成 zImage 和內(nèi)核模塊。如果不指定目標(biāo)，這兩個(gè)都會(huì)默認(rèn)生成。命令：
# CROSS_COMPILE 的值根據(jù)自己情況設(shè)定
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi-
這條命令做了什么呢，把 make 輸出到控制臺(tái)的信息貼出來（省略中間相似的信息）：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi- CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH=yscripts/kconfig/conf --silentoldconfig KconfigWRAP arch/arm/include/generated/asm/auxvec.hWRAP arch/arm/include/generated/asm/bitsperlong.hWRAP arch/arm/include/generated/asm/cputime.h...WRAP arch/arm/include/generated/asm/siginfo.hWRAP arch/arm/include/generated/asm/sizes.hCHK include/linux/version.hUPD include/linux/version.hCHK include/generated/utsrelease.hUPD include/generated/utsrelease.hGenerating include/generated/mach-types.hCC kernel/bounds.sGEN include/generated/bounds.hCC arch/arm/kernel/asm-offsets.sGEN include/generated/asm-offsets.hCALL scripts/checksyscalls.shHOSTCC scripts/dtc/checks.oHOSTCC scripts/dtc/data.o...HOSTCC scripts/conmakehashHOSTCC scripts/recordmcountCC init/main.oCHK include/generated/compile.hUPD include/generated/compile.hCC init/version.oCC init/do_mounts.oCC init/do_mounts_rd.oCC init/do_mounts_initrd.oLD init/mounts.oCC init/initramfs.oCC init/calibrate.oLD init/built-in.o...AR lib/lib.aLD vmlinux.oMODPOST vmlinux.oGEN .versionCHK include/generated/compile.hUPD include/generated/compile.hCC init/version.oLD init/built-in.oLD .tmp_vmlinux1KSYM .tmp_kallsyms1.SAS .tmp_kallsyms1.oLD .tmp_vmlinux2KSYM .tmp_kallsyms2.SAS .tmp_kallsyms2.oLD vmlinuxSYSMAP System.mapSYSMAP .tmp_System.mapOBJCOPY arch/arm/boot/ImageKernel: arch/arm/boot/Image is readyAS arch/arm/boot/compressed/head.oGZIP arch/arm/boot/compressed/piggy.gzipAS arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip.oCC arch/arm/boot/compressed/misc.oCC arch/arm/boot/compressed/decompress.oCC arch/arm/boot/compressed/string.oAS arch/arm/boot/compressed/lib1funcs.oAS arch/arm/boot/compressed/ashldi3.oLD arch/arm/boot/compressed/vmlinuxOBJCOPY arch/arm/boot/zImageKernel: arch/arm/boot/zImage is readyDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-11.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-11j.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-10.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-c.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-b.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-bn.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-a.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-f.dtbCAT arch/arm/boot/zImage-dtbKernel: arch/arm/boot/zImage-dtb is readymake[1]:沒有什么可以做的為`arch/arm/boot/dtbs。
簡單分析一下，大致做了這么幾件事情：
根據(jù)配置信息，生成了一些頭文件
編譯了一些小工具
根據(jù)配置信息，有選擇性地編譯一些源碼，將輸出的 obj 鏈接成對(duì)應(yīng)的 built-in.o
生成符號(hào)表文件
將所有的 built-in.o 和符號(hào)表鏈接成內(nèi)核 vmlinux
使用 BOJCOPY 從 vmlinux 生成 Image
生成壓縮過的內(nèi)核 arch/arm/boot/compressed/vmlinux
使用 OBJCOPY 從壓縮過的內(nèi)核 vmlinux 生成 zImage
生成 dtb（device tree blob）
將 zImage 和 dtb 連接成一個(gè)文件：zImage-dtb
而我們最終需要的文件就是 zImage-dtb（注意：這里沒有生成內(nèi)核模塊，因?yàn)樗械膬?nèi)核功能都被配置為 built-in ，編譯進(jìn) zImage-dtb 了）。

要點(diǎn)分析

內(nèi)核配置和編譯，依靠的是 make 和 kbuild 系統(tǒng)。無論是 make 還是 kbuild，都只是工具，我們并不一定要完全弄清其內(nèi)部工作原理，只需要熟悉和工作相關(guān)的部分即可。
這里涉及到的有如下幾點(diǎn)：
vmlinux 的構(gòu)建過程
arch/arm/boot/compressed/vmlinux 的構(gòu)建過程
源碼是如何選擇性地參與內(nèi)核的構(gòu)建的
之所以要分析 vmlinux 和 arch/arm/boot/compressed/vmlinux ，是因?yàn)檫@個(gè)兩個(gè)文件是最原始的兩個(gè)可執(zhí)行文件：Image 由 vmlinux 生成；zImage 由 arch/arm/boot/compressed/vmlinux 生成。分析這連個(gè)文件的生成，還有助于分析 linux 內(nèi)核的啟動(dòng)過程。
基礎(chǔ)

vmlinux 是 makefile 中的一個(gè)目標(biāo)。makefile 中的規(guī)則定義了目標(biāo)和源碼的關(guān)系，命令則定義了如何由源碼生成目標(biāo)，變量起輔助作用。規(guī)則、命令和變量是 makefile 的三大要素。理清 makefile 規(guī)則中定義的依賴關(guān)系是分析構(gòu)建過程的關(guān)鍵。涉及到的幾個(gè)重要文件：
Makefilearch/arm/Makefilearch/arm/boot/Makefilearch/arm/mach-msm/Makefile.bootarch/arm/compressed/Makefile
vmlinux 是一個(gè)可執(zhí)行程序，其鏈接過程必然涉及的鏈接腳本，鏈接腳本是做什么的？看看 ld 手冊中的描述：
通過 lds 文件，我們至少可以知道一個(gè)可執(zhí)行程序的入口在哪里。
這里又要涉及到幾個(gè)重要文件：
# 對(duì)應(yīng) vmlinuxarch/arm/kernel/vmlinux.lds# 對(duì)應(yīng) /arch/arm/boot/compressed/vmlinuxarch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds
vmlinux 是一個(gè)可執(zhí)行程序，由源碼編譯、鏈接而來。那么是哪些源碼參與了構(gòu)建過程，又是如何控制這些源碼參與的？后面會(huì)分析。
為了分析 makefile，這里借用了 UML 的概念。
用包表示 makefile 文件；用類表示目標(biāo)和文件；用類間依賴表示目標(biāo)的依賴；用組合表示變量的定義。
下面是一個(gè)總圖，表明了各個(gè)目標(biāo)之間的依賴關(guān)系：
（紅色邊框是可執(zhí)行程序，藍(lán)色邊框是對(duì)應(yīng)的鏈接腳本）
vmlinux 的構(gòu)建過程

和 lds 文件的關(guān)系

?依賴鏈：
_all->all->vmlinux->$(vmlinux-lds)=arch/arm/kernel/vmlinux.lds
從 _all 到 all：
PHONY += allifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)_all: allelse_all: modulesendif
KBUILD_EXTMOD 只有在內(nèi)核樹外編譯內(nèi)核模塊的時(shí)候才會(huì)定義 M 變量，從而給其賦值，否則為空，這里為空。
從 all 到 vmlinux：
all: vmlinux
從 vmlinux 到 $(vmlinux-lds)：
vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE
$(vmlinux-lds) 定義：
vmlinux-lds := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

和源碼的關(guān)系

?依賴鏈：
_all->all->vmlinux->$(vmlinux-init)+$(vmlinux-main)
看看這個(gè)：
# vmlinux# ^# # +-< $(vmlinux-init)#  +--< init/version.o + more# # +--< $(vmlinux-main)#  +--< driver/built-in.o mm/built-in.o + more# # +-< kallsyms.o (see description in CONFIG_KALLSYMS section)
關(guān)鍵部分上面已經(jīng)列出，這里再次列出來：
vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE
那么 $(vmlinux-init) 連個(gè)變量是什么呢？通過分析，第一次展開后為：“$(head-y) $(init-y)”。沒有找到 $(head-y)，而 $(init-y) 最終展開為：init/built-in.o。
到這里有點(diǎn)眉目了（回頭看看 make 過程輸出的信息，里面有大量的 built-in.o）?？梢哉f是眾多的 built-in.o構(gòu)成了vmlinux。所以 vmlinux 和源碼的關(guān)系轉(zhuǎn)變成了 built-in.o 和源碼的關(guān)系。
還是看 make 的輸出信息：
CC init/version.oCC init/do_mounts.oCC init/do_mounts_rd.oCC init/do_mounts_initrd.oLD init/mounts.oCC init/initramfs.oCC init/calibrate.oLD init/built-in.o
可以推測：init/built-in.o 是由 init 目錄下的源碼編譯、鏈接而成。在 init 目錄下發(fā)現(xiàn) Makefile：
obj-y := main.o version.o mounts.oifneq ($(CONFIG_BLK_DEV_INITRD),y)obj-y += noinitramfs.oelseobj-$(CONFIG_BLK_DEV_INITRD)+= initramfs.oendifobj-$(CONFIG_GENERIC_CALIBRATE_DELAY)+= calibrate.omounts-y := do_mounts.omounts-$(CONFIG_BLK_DEV_RAM)+= do_mounts_rd.omounts-$(CONFIG_BLK_DEV_INITRD)+= do_mounts_initrd.omounts-$(CONFIG_BLK_DEV_MD)+= do_mounts_md.o
有內(nèi)核開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者應(yīng)該知道，賦值到 obj-y 的目標(biāo)會(huì)被編譯進(jìn) vmlinux，至于是如何控制的，推測 kbuild 系統(tǒng)是有參與的，這屬于 make 和 kubild 的內(nèi)部原理，這里不分析了，知道有這么回事，會(huì)用就行了。$(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) 等變量在 .config（沒錯(cuò)，就是保存內(nèi)核配置的文件）文件中定義：
CONFIG_RELAY=yCONFIG_BLK_DEV_INITRD=yCONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""
這里 vmlinux 和源碼的關(guān)系就搞清了，是由 built-in.o 來當(dāng)中間人的：
vmlinux<->built-in.o<->*.c

和符號(hào)表的關(guān)系

略。

arch/arm/boot/comressed/vmlinux 的構(gòu)建過程

有了分析 vmlinux 的基礎(chǔ)，分析壓縮過的 vmlinux 就容易了。看規(guī)則：
$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) $(ashldi3) FORCE@$(check_for_multiple_zreladdr)$(call if_changed,ld)@$(check_for_bad_syms)
參與壓縮過的 vmlinux 的構(gòu)建過程的主要有三類文件：
鏈接腳本：arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds
解壓代碼：arch/arm/boot/compressed/ 下的源碼
壓縮的數(shù)據(jù)：壓縮的 Image（由未經(jīng)壓縮的 vmlinux 生成）
因?yàn)榻鈮嚎s功能和內(nèi)核開發(fā)關(guān)系不大，就不具體分析了。

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