Linux 2.6內(nèi)核Makefile分析

[摘要] 由于Linux的獨特優(yōu)勢，使越來越多的企業(yè)和科研機構(gòu)把目光轉(zhuǎn)向Linux的開發(fā)和研究上。目前Linux最新的穩(wěn)定內(nèi)核版本為2.6.17，但是當今絕大部分對于Linux Makefile的介紹文章都是基于2.4內(nèi)核的，可以說關(guān)于2.6內(nèi)核Makefile相關(guān)的文章鳳毛麟角，筆者抽時間完成了這篇分析文章，讓讀者迅速熟悉Linux最新Makefile體系，從而加深對內(nèi)核的理解，同時也希望能對Linux在公司的推廣起到一定的推動作用，算是拋磚引玉吧！

1 Makefile組織層次

Linux的Make體系由如下幾部分組成：

Ø 頂層Makefile

頂層Makefile通過讀取配置文件，遞歸編譯內(nèi)核代碼樹的相關(guān)目錄，從而產(chǎn)生兩個重要的目標文件：vmlinux和模塊。

Ø 內(nèi)核相關(guān)Makefile

位于arch/$(ARCH) 目錄下，為頂層Makefile提供與具體硬件體協(xié)結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。

Ø 公共編譯規(guī)則定義文件。

包括Makefile.build 、Makefile.clean、Makefile.lib、Makefile.host等文件組成。這些文件位于scripts目錄中，定義了編譯需要的公共的規(guī)則和定義。

Ø 內(nèi)核配置文件 .config

通過調(diào)用make menuconfig或者make xconfig命令，用戶可以選擇需要的配置來生成期望的目標文件。

Ø 其他Makefile

主要為整個Makefile體系提供各自模塊的目標文件定義，上層Makefile根據(jù)它所定義的目標來完成各自模塊的編譯。

2 Makefile的使用

在編譯內(nèi)核之前，用戶必須首先完成必要的配置。Linux內(nèi)核提供了數(shù)不勝數(shù)的功能，支持眾多的硬件體系結(jié)構(gòu)，這就需要用戶對將要生成的內(nèi)核進行裁減。內(nèi)核提供了多種不同的工具來簡化內(nèi)核的配置，最簡單的一種是字符界面下命令行工具：

make config

這個工具會依次遍歷內(nèi)核所有的配置項，要求用戶進行逐項的選擇配置。這個工具會耗費用戶太多時間，除非萬不得以（你的編譯主機不支持其他配置工具）一般不建議使用。

用戶還可以使用利用ncurse庫編制的圖形界面工具，這就是大名鼎鼎的：

make menuconfig

相信以前對2.4內(nèi)核比較熟悉的用戶一定不會陌生。當然在2.6內(nèi)核中提供了更漂亮和方便的基于X11的圖形配置工具：

make xconfig

當用戶使用這個工具對Linux內(nèi)核進行配置時，界面下方會出現(xiàn)這個配置項相關(guān)的幫助信息和簡單描述，當你對內(nèi)核配置選項不太熟悉時，建議你使用這個工具來進行內(nèi)核配置。

當用戶完成配置后，配置工具會自動生成.config文件，它被保存在內(nèi)核代碼樹的根目錄下。用戶可以很容易找到它，當然用戶也可以直接對這個文件進行簡單的修改。但是當你修改過配置文件之后，你必須通過下面的命令來驗證和更新配置：

make oldconfig

跟2.4版本的不同之處在于，用戶不需要顯示的調(diào)用make dep命令來生成依賴文件，內(nèi)核會自動維護代碼間的依賴關(guān)系。

當一切工作完成以后，用戶只需要簡單鍵入make，剩下所有的工作makefile就會自動替你完成了。

3 Makefile編譯流程

當用戶使用Linux的Makefile編譯內(nèi)核版本時，Makefile的編譯流程如下：

Ø 使用命令行或者圖形界面配置工具，對內(nèi)核進行裁減，生成.config配置文件

Ø 保存內(nèi)核版本信息到 include/linux/version.h

Ø 產(chǎn)生符號鏈接 include/asm,指向?qū)嶋H目錄 include/asm-$(ARCH)

Ø 為最終目標文件的生成進行必要的準備工作

Ø 遞歸進入 /init 、/core、 /drivers、 /net、 /lib等目錄和其中的子目錄來編譯生成所有的目標文件

Ø 鏈接上述過程產(chǎn)生的目標文件生成vmlinux，vmlinux存放在內(nèi)核代碼樹的根目錄下

Ø 最后根據(jù) arch/$(ARCH)/Makefile文件定義的后期編譯的處理規(guī)則建立最終的映象bootimage,包括創(chuàng)建引導(dǎo)記錄、準備initrd映象和相關(guān)處理

4 Makefile關(guān)鍵規(guī)則和定義描述

1) 目標定義

目標定義是Makefile文件的核心部分，目標定義通知Makefile需要生成哪些目標文件、如何根據(jù)特殊的編譯選項鏈接目標文件，同時控制哪些子目錄要遞歸進入進行編譯。

這個例子Makefile文件位于/fs/ext2目錄 :

#

# Makefile for the linux ext2-filesystem routines.

#

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o

ext2-y := balloc.o bitmap.o dir.o file.o fsync.o ialloc.o inode.o

ioctl.o namei.o super.o symlink.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o xattr_user.o xattr_trusted.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL) += acl.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_SECURITY) += xattr_security.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XIP) += xip.o

這表示與ext2相關(guān)的目標文件由 ext2-y定義的文件列表組成，其中ext2-$(*)是由內(nèi)核配置文件.config中的配置項決定，最終Makefile會在這個目錄下統(tǒng)一生成一個目標文件ext2.o（由obj-$(CONFIG_EXT2_FS)決定）。其中obj-y表示為生成vmlinux文件所需要的目標文件集合，具體的文件依賴于內(nèi)核配置。

Makefile會編譯所有的$(obj-y)中定義的文件，然后調(diào)用鏈接器將這些文件鏈接到built-in.o文件中。最終built-in.o文件通過頂層Makefile鏈接到vmlinux中。值得注意的是$(obj-y)的文件順序很重要。列表文件可以重復(fù)，文件第一次出現(xiàn)時將會鏈接到built-in.o中，后來出現(xiàn)的同名文件將會被忽略。文件順序直接決定了他們被調(diào)用的順序，這一點讀者需要特別注意。

讀者可能會在某些Makefile中發(fā)現(xiàn)lib-y定義，所有包含在lib-y定義中的目標文件都將會被編譯到該目錄下一個統(tǒng)一的庫文件中。值得注意的是lib-y定義一般被限制在 lib 和arch/$(ARCH)/lib 目錄中。

體系makefile文件和頂層makefile文件共同定義了如何建立vmlinux文件的規(guī)則。

$(head-y) 列舉首先鏈接到vmlinux的對象文件。
$(libs-y) 列舉了能夠找到lib.a文件的目錄。
其余的變量列舉了能夠找到內(nèi)嵌對象文件的目錄。
$(init-y) 列舉的對象位于$(head-y)對象之后。
然后是如下位置順序：
$(core-y), $(libs-y), $(drivers-y) 和 $(net-y)。
頂層makefile定義了所有通用目錄，arch/$(ARCH)/Makefile文件只需增加體系相關(guān)的目錄。
例如: #arch/i386/Makefile
libs-y += arch/i386/lib/

core-y += arch/i386/kernel/

arch/i386/mm/

arch/i386/$(mcore-y)/

arch/i386/crypto/

drivers-$(CONFIG_MATH_EMULATION) += arch/i386/math-emu/

drivers-$(CONFIG_PCI) += arch/i386/pci/

…………………………………………

2) 目錄遞歸

Makefile文件只負責當前目錄下的目標文件，子目錄中的文件由子目錄中的makefile負責編譯，編譯系統(tǒng)使用obj-y 和 obj-m來自動遞歸編譯各個子目錄中的文件。

對于fs/Makefile:

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/

如果在內(nèi)核配置文件.config中，CONFIG_EXT2_FS被設(shè)置為y或者m，則內(nèi)核makefile會自動進入ext2目錄來進行編譯。內(nèi)核Makefile只使用這些信息來決定是否需要編譯這個目錄，子目錄中的makefile規(guī)定哪些文件編譯為模塊，哪些文件編譯進內(nèi)核。

3) 依賴關(guān)系

Linux Makefile通過在編譯過程中生成的 .文件名.o.cmd（比如對于main.c文件，它對應(yīng)的依賴文件名為.main.o.cmd）來定義相關(guān)的依賴關(guān)系。

一般文件的依賴關(guān)系由如下部分組成：

Ø 所有的前期依賴文件（包括所有相關(guān)的*.c 和 *.h）

Ø 所有與CONFIG_選項相關(guān)的文件

Ø 編譯目標文件所使用到的命令行

位于init目錄下的main.c文件的依賴文件.main.o.cmd內(nèi)容如下，讀者可以結(jié)合起來理解上述文件依賴關(guān)系的三個組成部分:

cmd_init/main.o := gcc -m32 -Wp,-MD,init/.main.o.d -nostdinc -isystem /usr/lib/gcc-lib/i386-redhat-linux/3.2.2/include -D__KERNEL__ -Iinclude -Iinclude2 -I/home/linux/linux-2.6.17.11/include -include include/linux/autoconf.h -I/home/linux/linux-2.6.17.11/init -Iinit -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs -fno-strict-aliasing -fno-common -Os -fomit-frame-pointer -pipe -msoft-float -mpreferred-stack-boundary=2 -march=i686 -mcpu=pentium4 -mregparm=3 -ffreestanding -I/home/linux/linux-2.6.17.11/include/asm-i386/mach-default -Iinclude/asm-i386/mach-default -DKBUILD_STR(s)=#s -DKBUILD_BASENAME=KBUILD_STR(main) -DKBUILD_MODNAME=KBUILD_STR(main) -c -o init/.tmp_main.o /home/linux/linux-2.6.17.11/init/main.c

deps_init/main.o :=

/home/linux/linux-2.6.17.11/init/main.c

$(wildcard include/config/x86/local/apic.h)

$(wildcard include/config/acpi.h)

# 由于篇幅的關(guān)系，此處略去一些定義

……………………………………..

include2/asm/mpspec_def.h

/home/linux/linux-2.6.17.11/include/asm-i386/mach-default/mach_mpspec.h

include2/asm/io_apic.h

include2/asm/apic.h

init/main.o: $(deps_init/main.o)

$(deps_init/main.o):

4) 特殊規(guī)則

特殊規(guī)則使用在內(nèi)核編譯需要規(guī)則定義而沒有相應(yīng)定義的時候。典型的例子如編譯時頭文件的產(chǎn)生規(guī)則。其他例子有體系makefile編譯引導(dǎo)映像的特殊規(guī)則。特殊規(guī)則寫法同普通的makefile規(guī)則。
編譯程序在makefile所在的目錄不能被執(zhí)行，因此所有的特殊規(guī)則需要提供前期文件和目標文件的相對路徑。
定義特殊規(guī)則時將使用到兩個變量：
$(src)： $(src)是對于makefile文件目錄的相對路徑，當使用代碼樹中的文件時

使用該變量$(src)。
$(obj)： $(obj)是目標文件目錄的相對路徑。生成文件使用$(obj)變量。
例如: #drivers/scsi/Makefile
$(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl
$(CPP) -DCHIP=810 - $ | ... $(src)/script_asm.pl
這就是使用普通語法的特殊編譯規(guī)則。
目標文件依賴于兩個前提文件。目標文件的前綴是$(obj), 前提文件的前綴是

$(src)(因為它們不是生成文件)。

5) 引導(dǎo)映象

體系makefile文件定義了編譯vmlinux文件的目標對象，將它們壓縮和封裝成引導(dǎo)代碼，并復(fù)制到合適的位置。這包括各種安裝命令。在Linux中Makefile無法為所有的體系結(jié)構(gòu)提供標準化的方法，因此常需要具體硬件體系結(jié)構(gòu)下makefile提供附加處理規(guī)則。
附加處理過程常位于arch/$(ARCH)/下的boot/目錄。
內(nèi)核編譯體系無法在boot/目錄下提供一種便捷的方法創(chuàng)建目標系統(tǒng)文件。因此arch/$(ARCH)/Makefile要調(diào)用make命令在boot/目錄下建立目標系統(tǒng)文件。建議使用的方法是在arch/$(ARCH)/Makefile中設(shè)置調(diào)用，并且使用完整路徑引用arch/$(ARCH)/boot/Makefile。
例如: #arch/i386/Makefile
boot := arch/i386/boot
bzImage: vmlinux
$(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) $(boot)/$@
建議使用$(Q)$(MAKE) $(build)=dir>方式在子目錄中調(diào)用make命令。
當執(zhí)行不帶參數(shù)的make命令時，將首先編譯第一個目標對象。在頂層makefile中第一個目標對象是all:。
一個體系結(jié)構(gòu)需要定義一個默認的可引導(dǎo)映像。
增加新的前提文件給all目標可以設(shè)置不同于vmlinux的默認目標對象。
例如: #arch/i386/Makefile
all: bzImage
當執(zhí)行不帶參數(shù)的make命令時，bzImage文件將被編譯。

6) 常用編譯命令

if_changed
如果必要，執(zhí)行傳遞的命令。
用法:
$(builtin-target): $(obj-y) FORCE

$(call if_changed,link_o_target)
當這條規(guī)則被使用時它將檢查哪些文件需要更新，或命令行被改變。后面這種情況將迫使

重新編譯編譯選項被改變的執(zhí)行文件。使用if_changed的目標對象必須列舉在$( builtin-target)中，否則命令行檢查將失敗，目標一直會編譯。

if_changed_dep

如果必要，執(zhí)行傳遞的命令并更新依賴文件。

用法：

%.o: %.S FORCE

$(call if_changed_dep,as_o_S)

當這條規(guī)則被使用時它將檢查哪些文件需要更新，或命令行被改變。同時它會重新檢測依賴關(guān)系的改變并將生成新的依賴文件。這是與if_changed命令的區(qū)別。

7) 定制命令

當正常執(zhí)行帶編譯命令時命令的簡短信息會被顯示（要想顯示詳細的命令，請在命令行中加入V＝1）。要讓定制命令具有這種功能需要設(shè)置兩個變量：
quiet_cmd_command> - 將被顯示的內(nèi)容
cmd_command> - 被執(zhí)行的命令
例如: #
quiet_cmd_image = BUILD $@
cmd_image = $(obj)/tools/build $(BUILDFLAGS)
$(obj)/vmlinux.bin > $@
targets += bzImage
$(obj)/bzImage: $(obj)/vmlinux.bin $(obj)/tools/build FORCE
$(call if_changed,image)
@echo 'Kernel: $@ is ready'
執(zhí)行make命令編譯$(obj)/bzImage目標時將顯示：
BUILD arch/i386/boot/bzImage

8) 預(yù)處理鏈接腳本

當編譯vmlinux映像時將使用arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds鏈接腳本。
相同目錄下的vmlinux.lds.S文件是這個腳本的預(yù)處理的變體。內(nèi)核編譯系統(tǒng)知曉.lds

文件。并使用規(guī)則*lds.S -> *lds。
例如: #arch/i386/kernel/Makefile
always := vmlinux.lds
#Makefile
export CPPFLAGS_vmlinux.lds += -P -C -U$(ARCH)
$(always)賦值語句告訴編譯系統(tǒng)編譯目標是vmlinux.lds。$(CPPFLAGS_vmlinux.lds)

賦值語句告訴編譯系統(tǒng)編譯vmlinux.lds目標的編譯選項。
編譯*.lds時將使用到下面這些變量：
CPPFLAGS : 定義在頂層Makefile
EXTRA_CPPFLAGS : 可以設(shè)置在編譯的makefile文件中
CPPFLAGS_$(@F) : 目標編譯選項。注意要使用文件全名。

9) 主機輔助程序的編譯

內(nèi)核編譯系統(tǒng)支持在編譯階段編譯主機可執(zhí)行程序。為了使用主機程序需要兩個步驟：第一個步驟使用hostprogs-y變量告訴內(nèi)核編譯系統(tǒng)有主機程序可用。第二步給主機程序添加潛在的依賴關(guān)系。有兩種方法，在規(guī)則中增加依賴關(guān)系或使用$(always)變量。這一部分的內(nèi)容相對于其他內(nèi)核文件的編譯要簡單的多，感興趣的讀者可以參考scripts/Makefile.build中的相關(guān)內(nèi)容。

10) Clean機制

clean命令清除在編譯內(nèi)核生成的大部分文件，例如主機程序，列舉在 $(hostprogs-y)、$(hostprogs-m)、$(always)、$(extra-y)和$(targets)中目標文件都將被刪除。代碼目錄數(shù)中的*.[oas]、*.ko文件和一些由編譯系統(tǒng)產(chǎn)生的附加文件也將被刪除。
附加文件可以使用$(clean-files)進行定義。
例如: #drivers/pci/Makefile
clean-files := devlist.h classlist.h
當執(zhí)行make clean命令時， devlist.h classlist.h兩個文件將被刪除。內(nèi)核編譯系統(tǒng)默認這些文件與makefile具有相同的相對路徑，否則需要設(shè)置以'/'開頭的絕對路徑。
刪除整個目錄使用以下方式：
例如: #scripts/package/Makefile
clean-dirs := $(objtree)/debian/
這樣就將刪除包括子目錄在內(nèi)的整個debian目錄。如果不使用以'/'開頭的絕對路徑內(nèi)核編譯系統(tǒng)見默認使用相對路徑。
通常內(nèi)核編譯系統(tǒng)根據(jù)obj-* := dir/進入子目錄，但是在體系makefile中需要顯式使用如下方式：
例如: #arch/i386/boot/Makefile
subdir- := compressed/
上面賦值語句指示編譯系統(tǒng)執(zhí)行make clean命令時進入compressed/目錄。
在編譯最終的引導(dǎo)映像文件的makefile中有一個可選的目標對象名稱是archclean。
例如: #arch/i386/Makefile
archclean:
$(Q)$(MAKE) $(clean)=arch/i386/boot
當執(zhí)行make clean時編譯器進入arch/i386/boot并象通常一樣工作。arch/i386/boot 中的makefile文件可以使用subdir-標識進入更下層的目錄。
注意1: arch/$(ARCH)/Makefile不能使用subdir-，因為它被包含在頂層makefile文件中，在這個位置編譯機制是不起作用的。
注意2: 所有列舉在core-y、libs-y、drivers-y和net-y中的目錄將被make clean命令清除。

4 小結(jié)

隨著Linux的飛速發(fā)展，越來越多的開發(fā)人員將關(guān)注的焦點集中到Linux的研究和開發(fā)上。如果想對Linux內(nèi)核進行研究和開發(fā)，就必須首先熟悉Linux 內(nèi)核Makefile的組織和編譯過程。目前Linux最新的穩(wěn)定內(nèi)核版本為2.6.17，但是當今絕大部分對于Linux Makefile的介紹都是基于2.4內(nèi)核的，可以說關(guān)于2.6內(nèi)核Makefile相關(guān)的文章鳳毛麟角，我特意抽時間完成了這篇分析文章，讓讀者迅速熟悉Linux最新Makefile體系，從而加深對內(nèi)核的理解，同時也希望能對Linux在公司的推廣起到一定的推動作用。

本文來自CSDN博客，http://blog.csdn.net/mbtrend/archive/2008/10/05/3016889.aspx