[轉] kernel build system探索

vmlinux是如何煉成的-- kernel makefile

引子

kernel的makefile包含的內容還真是多，我就是想看看要是我自己添加一個目錄編譯到內核裡，要怎麼做。

就是這麼個不起眼的實驗，引發了一堆的故事。

最簡單的例子

添加 一個目錄，叫test, 添加了test.c 和 Makefile。

文件內容很簡單，如下。

cat Makefile

#
# Makefile for the linux kernel makefile experiment.
#

obj-y := test.o

cat test.c

#include <linux/export.h>

int test_global = 0;

然後在主 Makefile中 添加

-core-y         += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
+core-y         += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ test/

最後 make test

make[1]: Nothing to be done for `all'.
  HOSTCC arch/x86/tools/relocs
  CHK include/linux/version.h
  CHK include/generated/utsrelease.h
  CC kernel/bounds.s
  GEN include/generated/bounds.h
  CC arch/x86/kernel/asm-offsets.s
  GEN     include/generated/asm-offsets.h
  CALL    scripts/checksyscalls.sh
  CC      test/test.o
  LD      test/built-in.o

恩，不錯，可以了。

vmlinux是如何煉成的-- kernel makefile

人總是不知足的，我又開始好奇，這個build的過程究竟是怎麼個回事。

好吧，我們知道make後，最終的結果叫vmlinux，那我們就找找這個神奇的東西是怎麼

產生的吧。 

vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)

$(sort $(vmlinux-deps)): $(vmlinux-dirs) ;

vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE

ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK
    $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check
endif
ifdef CONFIG_SAMPLES
    $(Q)$(MAKE) $(build)=samples
endif
ifdef CONFIG_BUILD_DOCSRC
    $(Q)$(MAKE) $(build)=Documentation
endif
    +$(call if_changed,link-vmlinux)

vmlinx 基於上面三個目標， 而vmlinux-deps又基於 $(vmlinux-dirs)。 恩，好複雜。

那來看看vmlinux-dirs都包含什麼吧。

在主Makefile中看到下面的內容。

core-y        += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ test/

vmlinux-dirs    := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(init-y) $(init-m) \
             $(core-y) $(core-m) $(drivers-y) $(drivers-m) \
             $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m)))

$(vmlinux-dirs): prepare scripts
    $(Q)$(MAKE) $(build)=$@

恩， 我們把vmlinux-dirs的東東打印出來看看。

vmlinux-dris: init usr arch/x86 kernel mm fs ipc security crypto block test drivers sound firmware arch/x86/pci arch/x86/power arch/x86/video arch/x86/oprofile net lib arch/x86/lib

這樣，你是不是明白點了呢。 這些都是kernel源代碼中子目錄。也就是kernel將要挨個的

進入每個子目錄，編譯～。

那最後這個vmlinux是怎麼生成的呢？ 怎麼樣將每個目錄下生成的模塊鏈接成一個vmlinux的文件的呢？

看到上面vmlinux目標中，最後一個命令：

+$(call if_changed,link-vmlinux)

哦，原來是調用了cmd_link-vmlinux。這個命令就定義在主Makefile中。

      cmd_link-vmlinux = $(CONFIG_SHELL) $< $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux)

打出來看看，長這樣。

      /bin/bash $<  ld -m elf_i386 --emit-relocs --build-id

$< 表示第一個以來目標，那麼在vmlinux目標中，第一個目標是 scripts/link-vmlinux.sh, 展開後就成為。

/bin/bash scripts/link-vmlinux.sh ld -m elf_i386 --emit-relocs --build-id

額，原來是又調用了一個腳本。。。 好吧， 再進去看看。  發現這麼個東東

info LD vmlinux
vmlinux_link "${kallsymso}" vmlinux

vmlinux_link()

{
    local lds="${objtree}/${KBUILD_LDS}"

    if [ "${SRCARCH}" != "um" ]; then
        ${LD} ${LDFLAGS} ${LDFLAGS_vmlinux} -o ${2}                  \
            -T ${lds} ${KBUILD_VMLINUX_INIT}                     \
            --start-group ${KBUILD_VMLINUX_MAIN} --end-group ${1}
    else
        ${CC} ${CFLAGS_vmlinux} -o ${2}                              \
            -Wl,-T,${lds} ${KBUILD_VMLINUX_INIT}                 \
            -Wl,--start-group                                    \
                 ${KBUILD_VMLINUX_MAIN}                      \
            -Wl,--end-group                                      \
            -lutil ${1}
        rm -f linux
    fi
}

好吧，原來是調用了這個函數。。。 打出來看看吧。

ld -m elf_i386 --emit-relocs --build-id -o vmlinux -T arch/x86/kernel/head_32.o arch/x86/kernel/head32.o arch/x86/kernel/head.o init/built-in.o --start-group usr/built-in.o arch/x86/built-in.o kernel/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/built-in.o security/built-in.o crypto/built-in.o block/built-in.o test/built-in.o lib/lib.a arch/x86/lib/lib.a lib/built-in.o arch/x86/lib/built-in.o drivers/built-in.o sound/built-in.o firmware/built-in.o arch/x86/pci/built-in.o arch/x86/power/built-in.o arch/x86/video/built-in.o net/built-in.o --end-group .tmp_kallsyms2.o

恩，原來真相是這樣的。 最後把這麼多東西鏈接起來成為vmlinux。 看到我們添加的test目錄了麼，它也生成了一個built-in.o，最後鏈接到了vmlinux中。

$ nm vmlinux | grep test_global

c198d284 B test_global

啊哦，還真有這個symbol！

神秘的built-in.o

在最後的鏈接過程中，我們可以看到，幾乎所有的依賴條件中，都會生成一個built-in.o的文件。 那這個文件，是怎麼生成的呢？

$(vmlinux-dirs): prepare scripts
    $(Q)$(MAKE) $(build)=$@

從這個規則中可以看到，vmlinux-dir目標是通過下面的make來生成的。展開一下看看。 這個build在scripts/Kbuild.include中。

make -f scripts/Makefile.build obj=$@

對應到test目錄 那就是

make -f scripts/Makefile.build obj=test

這麼看來，就要進到scripts/Makefile.build文件了。

PHONY := __build
__build:

__build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \

     $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \
     $(subdir-ym) $(always)
    @:

__build是這個makefile的第一個目標，也是默認的目標。 這裡面藏著一個builtin-target，看著很像，再搜搜。

ifneq ($(strip $(obj-y) $(obj-m) $(obj-n) $(obj-) $(subdir-m) $(lib-target)),)

builtin-target := $(obj)/built-in.o
endif

恩 原來這個就是這麼多叫built-in.o的原因。但是要生成buit-in.o，必須要以上的這些變量不能全部為空。

那再來看看編譯這個built-in.o的規則是什麼

quiet_cmd_link_o_target = LD      $@
# If the list of objects to link is empty, just create an empty built-in.o
cmd_link_o_target = $(if $(strip $(obj-y)),\
              $(LD) $(ld_flags) -r -o $@ $(filter $(obj-y), $^) \
              $(cmd_secanalysis),\
              rm -f $@; $(AR) rcs$(KBUILD_ARFLAGS) $@)

$(builtin-target): $(obj-y) FORCE
    $(call if_changed,link_o_target)

targets += $(builtin-target)

恩，基本明白了，就是當obj-y的內容不為空，那麼就用ld來鏈接成一個built-in.o。

但是我試了一下，如果沒有obj-y那麼，也會生成一個built-in.o，但是用的是別的命令。

如在i386下，用的是

rm -f test/built-in.o; ar rcsD test/built-in.o

不知道這個是什麼高級玩意。

好了，到此為止，基本上一個最上層的框架有了一個概念。 那就先休息一下～

一切盡在掌握 -- kconfig 配置系統

kconfig是個強大的工具，如果說makefile制定了完美的編譯依賴關系，那麼kconfig制定了完美的模塊的依賴關係。

源頭

在根目錄下有個Kconfig文件，這就是一切故事的起源。

整個文件就沒幾行，打出來看一眼。

#

# For a description of the syntax of this configuration file,
# see Documentation/kbuild/kconfig-language.txt.
#
mainmenu "Linux/$ARCH $KERNELVERSION Kernel Configuration"

config SRCARCH
    string
    option env="SRCARCH"

source "arch/$SRCARCH/Kconfig"

第一行就是輸出個內核版本號。

第二行應該是配置一個環境變量？ 不知道，以後再來看。

第三行很重要，這個是包含了一個arch目錄下的Kconfig文件。

當你打開這個文件的時候，你就發現這是一切的開始。

我們運行make menuconfig, 你可以看到，這個文件就是make menuconfig中顯示的東西。

一切都變得明朗起來，你是否有種太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦的神奇感覺

剪不斷，理還亂

kernel中這麼多的模塊之間的依賴關係，簡直就是 剪不斷，理還亂。

幸好在Kconfig文件中，我們可以找到一點蛛絲馬跡。

依賴 depends on

這個關鍵字表示了在某些配置選中後，本配置項才會顯示。

在 driver/pci/Kconfig文件中有，

config PCI_MSI
    bool "Message Signaled Interrupts (MSI and MSI-X)"
    depends on PCI
    depends on ARCH_SUPPORTS_MSI

可以發現，要配置MSI必須要先支持PCI。 恩這個道理咱都懂， 連PCI都沒有，哪裡來的MSI啊。

反向依賴 select

這個關鍵字表示了當本配置項選中後，其他的配置項也需要選中。

在 arch/x86/Kconfig文件中有：

config HIGHMEM64G
    bool "64GB"
    depends on !M386 && !M486
    select X86_PAE
    ---help---
      Select this if you have a 32-bit processor and more than 4
      gigabytes of physical RAM.

其實這個我也不懂，看上去就是說要支持更多的物理內存，那麼在x86的平台上，就要選中X86_PAE。

看上去是這麼回事兒。

革命尚未成功，同志仍需努力

好了，我要記錄的東西就到這裡了。突然這麼嘎然而止，估計大家一定意猶未盡。

但是事實就是這樣，基本的kconfig語法大家可以在 Document/kbuild/kconfig-language.txt中找到。

就不用我在這裡搬出來照抄了。

kernel模塊之間的關聯又怎能是我這樣的初學者所能理解，不能理解又豈能講得清楚。

這裡只是給大家一個入口，讓大家能夠進一步的在kernel的海洋中探索。話說，授之以魚不如授之以漁嘛。

要讓linux kernel更好的發揮作用，讓更多的人參與這個項目，幫助更多的人，還有很長的路要走。

革命尚未成功，同志仍需努力。