linux內(nèi)核編譯系統(tǒng)-kbuild系統(tǒng)詳解

眾所周知，內(nèi)核的編譯系統(tǒng)kbuild是個很龐大的系統(tǒng)。但是，它所使用的make和我們平時用的make是一模一樣的。kbuild只是通過預(yù)定義一些變量（obj-m,obj-y等等）和目標(biāo)(bzImage ,menuconfig等等)，使內(nèi)核的編譯和擴(kuò)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硬件平臺，kbuild也必須很容易添加對某個新的平臺的支持，同時上層的Makefile不需要做大的改動。

2.Linux下有眾多驅(qū)動設(shè)備。它們的Makefile希望能夠盡可能簡潔。簡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，用戶只要為這些變量賦值，kbuild會自動把代碼編譯到內(nèi)核或者編譯成模塊）

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

4.有能力遞歸地調(diào)用Makefile。因為內(nèi)核是一個龐大的軟件。它的源代碼的目錄層次很深。要提供一種簡潔的機(jī)制，使上層的Makefile能方便地調(diào)用下層的Makefile。在這過程中，面向?qū)ο蟮乃枷胍苍S值得借鑒。

5.在配置內(nèi)核時，要提供友好的用戶界面。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想象成一個類庫，它為普通的內(nèi)核開發(fā)人員提供了接口（obj-m obj-y EXTRA_CFLAGS等等），為用戶提供了定制工具（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。除了在個別情況下，如do_initcalls()中就和函數(shù)在.initcall.init section中的順序有關(guān)。不過喜歡尋根究底的我，還是想理一下編譯內(nèi)核時幾個常用的命令，如make bzImage,make menuconfig等等，進(jìn)而了解kbuild的架構(gòu)。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(nèi)容太多，可以過濾掉多余的信息：

make -n bzImage | grep “make -f”

可以猜到：

先作一些準(zhǔn)備工作

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

然后依次遞歸地調(diào)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(nèi)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，我們從頭開始。找make bzImage的入口：

第一反應(yīng)，自然是在/usr/src/linux/Makefile中找

bzImage:

...

可惜沒找到。

不過沒關(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$(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信息和之后會經(jīng)常看到。我們會發(fā)現(xiàn)kbuild通常不會直接去調(diào)用某個目錄下的Makefile，而是讓該目錄作為scripts/Makefile.build 的參數(shù)。scripts/Makefile.build 會對該目錄下的Makefile中的內(nèi)容(主要是obj-m和obj-y等等)進(jìn)行處理。由此看來 scripts/Makefile.build這個文件很重要。看看它做了什么：

由于scripts/Makefile.build后面沒跟目標(biāo)，所以默認(rèn)為第一個目標(biāo)：

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(zhí)行時會include .config文件。.config是make menuconfig后生成的內(nèi)核配置文件。

里面有如下語句：

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(xiàn)在很清楚了，它們是作為makefile的一部分，通過讀取CONFIG_XXX的值就可以知道他們是作為模塊還是作為內(nèi)核的一部分而編譯的。

此外，還包含了$(obj)/Makefile。這就是通過在make時傳遞目錄名$(obj)間接調(diào)用Makefile的手法。對于內(nèi)核普通代碼所對應(yīng)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，這類似于一個庫文件。它負(fù)責(zé)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，這是個很重要的變量，記錄了需要遞歸調(diào)用的子目錄。以后遞歸調(diào)用Makefile全靠它了。這里也充分體現(xiàn)了GNU make對字符串進(jìn)行操作的強(qiáng)大功能。

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

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

如前文所說，$(subdir-ym)用來遞歸調(diào)用子目錄的Makefile

306 # Descending

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

308

309 .PHONY: $(subdir-ym)

310 $(subdir-ym):

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

通過這種方式，實現(xiàn)了對某個目錄及其子目錄的編譯。

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

Linux內(nèi)核

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

見/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所依賴的目標(biāo)$(vmlinux-lds) 是對arch/i386/kernel/vmlinux.lds.S進(jìn)行預(yù)處理的結(jié)果：arch/i386/kernel/vmlinux.lds ,其它的依賴關(guān)系也都可以在/usr/src/linux/Makefile中查到。

所以，當(dāng)用戶在源代碼目錄下執(zhí)行make bzImage。make會檢查bzImage的依賴目標(biāo)，然后不停地遞歸調(diào)用各個Makefile，最終生成一個bzImage文件。

如果我們換個角度，還可以歸納出不少有趣的東西。如果把make看成是一種腳本語言，那么Makefile就是代碼。make就是解釋器。make里也有函數(shù)，也有變量。通過定義目標(biāo)，可以實現(xiàn)類似于函數(shù)的效果。而目標(biāo)之間的依賴關(guān)系則類似于函數(shù)內(nèi)部再調(diào)用其它函數(shù)。

如果我們考慮變量的作用域，還可以歸納出以下幾點：

1.Makefile內(nèi)部定義的變量作用域只限于那個Makefile中，如obj-m。

2.要使變量的作用域擴(kuò)展到整個make命令的執(zhí)行過程（包括遞歸調(diào)用的其它Makefile），需要使用export命令。

調(diào)用Makefile的方式也有很多種：

1.一種是隱式調(diào)用，如運(yùn)行make，它會自動在當(dāng)前目錄尋找Makefile等。

2.一種是顯式調(diào)用，如用make -f指定。

3.一種是用include 來調(diào)用。