使用kbuild構建bzImage內核映像

這裏通過以下三個最經典的步驟來分析下，一個bzImage內核映像是如何配置編譯，並最終安裝使用的。當然在整個內核構建過程中，還支持許多的特性，相信這個經典過程明確之後，分析其他的情況就不會太難了，這裏以x86體系來做分析。分析版本2.6.34.1

(1) make menuconfig

研究代碼最好的方法就是手眼並用，看代碼的同時多多動手調試，我們先貼出了它實際運行的過程：

[root@www linux-2.6.34.1]# make menuconfig
  HOSTCC  scripts/basic/fixdep
  HOSTCC  scripts/basic/docproc
  HOSTCC  scripts/basic/hash
  HOSTCC  scripts/kconfig/conf.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/kxgettext.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/lxdialog/checklist.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/lxdialog/inputbox.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/lxdialog/menubox.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/lxdialog/textbox.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/lxdialog/util.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/lxdialog/yesno.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/mconf.o
  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.tab.c
  SHIPPED scripts/kconfig/lex.zconf.c
  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.hash.c
  HOSTCC  scripts/kconfig/zconf.tab.o
  HOSTLD  scripts/kconfig/mconf
scripts/kconfig/mconf arch/x86/Kconfig

當我們在內核頂層目錄執行make menuconfig(假設你知道menuconfig的作用，這裏就不多講了)時，就指定了當前make的對象是menuconfig，那麼我們到Makefile中去找到這個目標。注意的是，在衆多kbuild系統分析的博客中，都會交代都諸多的細節，我寫這個系列的目的主要是爲了理出一條清晰的思路，而不去糾纏太多細枝末節的條件判斷，當然在最後我會貼出一些比較好的，並且包含多細節的博客分享給大家。

由於我們的目標是menuconfig，在Makefile裏面屬於一種叫做config-targets的構建對象，在Makefile中會將“include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile”，即arch/x86/Makefile包含進來，include的動作是相當於把arch/x86/Makefile的內容直接複製到上述語句的所在的地方，成爲了當前的Makefile的一部分，自然了，裏面的變量也就不需要export出來了。

接下來有一塊內容：

%config: scripts_basic outputmakefile FORCE
     $(Q)mkdir -p include/linux include/config
     $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@

這裏%config是Makefile裏面的通配表示，匹配以config結尾的所以字符，自然我們的menuconfig也是它匹配的類型。它的依賴包括script_basic, outputmakefile，剩下的FORCE，它的作用一句話概括，只要依賴條件中含有FORCE，目標總會被構建。接下來它的構建指令需要重點關注的是第二個(第一條就是創建兩個目錄)，關於變量$(@)，這裏有詳細的介紹。

這句指令中涉及到的$(build)在script/kbuild.include中被定義，它真實的樣子是：

build := -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj

所以通過這個build的定義，上面的那句話可以翻譯爲：make -f script/Makefile.build obj=script/kconfig menuconfig

實際的執行過程可以到script下的Makefile.build看到：

kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))
kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)
include $(kbuild-file)

這三句話就把script/kconfig/目錄下的Makefile包含了進來，在這個Makefile中，定義了menuconfig的構建過程：

menuconfig: $(obj)/mconf
     $< $(Kconfig)

我們的討論環境裏，$(Kconfig)指向的是arch/x86/Kconfig文件，這個文件裏有啥？很明瞭，$(obj)/mconf，即script/kconfig/目錄下生成的mconf程序會讀取arch/x86/Kconfig文件中的內容來生成我們熟悉的配置界面，配置結束之後，在頂層目錄下會生成一個名爲.config的隱藏文件，這是後續構建過程的重要依據和參考。

關於mconf的生成，前面貼的運行過程已經很清楚了，想了解跟多細節的同學，這裏推薦一篇文章：走一走makefile menuconfig流程

依賴條件script_basic和outputmakefile又有怎樣的前世今生呢？這裏粗略的分析一下。

outputmakefile在我們make時通過”O=“指定了make輸出目錄纔會執行有意義的動作，這裏不是我們討論的情況，先跳過。

script_basic我們可以在主Makefile中找到它：

scripts_basic:
     $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic
     $(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount

主要的動作翻譯過來就是：make -f script/Makefile.build obj=script/kconfig，由於沒有指定構建對象(即$(build)=script/basic後面爲空)，所以make的目標就是針對script/Makefile.build的默認目標，很顯然它就是“__build”。

這裏我跳到重點的片段：

__build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \
     $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \
     $(subdir-ym) $(always)
     @:

這裏需要說明的一點就是，在當前的討論情景下只有always是含有實際對象的，其它的都爲空，這裏用到的的always是script/basic/Makefile中定義的，在開始時看到執行過程，則是通過Makefile.host產生了一些構建必要的工具，同時將這些工具生成指令寫到一個.cmd結尾的文件裏，如.docproc.cmd，.fixdep.cmd，.hash.cmd等。

關於@：，在這裏有詳細的說明。

這篇文章詳細的描述了menuconfig的構建過程，上面我所寫的這些，貌似重複和多餘，但是對我個人而言，關於menuconfig，腦海裏保存這些信息就足夠了，細節就像是手冊中的幫助文檔，需要的時候查閱就可以了。

(2) make

直接make，那麼就會執行makefile中的默認對象，這裏就是vmlinux。

這裏我們要提一點，在主Makefile中，include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile，也就是說將當前架構文件夾下的Makefile包含進來了。在該makfile中bzImage最終還是要以vmlinux爲依賴，所以vmlinux是重點。那麼vmlinux需要哪些依賴呢？我們列出來看：

vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o)

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.o: $(modpost-init) $(vmlinux-main)

以上兩個是他們各自的依賴，而下面的這幾個則是賦值。

vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)
vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)
kallsyms.o := .tmp_kallsyms$(last_kallsyms).o #last_kallsyms是1,2,3等數值

注意這裏vmlinux-dirs，後面出現了它的依賴：

$(vmlinux-dirs): prepare scripts 

到這裏說句題外話，有很多前輩的工作，極大的縮短了我這樣剛剛開始研究內核的人的學習曲線，想寫點東西，前輩都寫的很清楚了，這裏就不想重複了。

這裏給出雲鬆大牛瘋狂內核中的關於內核映像構建相關鏈接，很前面也很詳細。這裏主要的內容算是自己的一種總結和理解。

整理一下思路：

1. 各個目錄下.o文件的編譯生成

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

該命令的執行啓動了.o文件的編譯，由於vmlinux-dirs實際上就是各個目錄的替身，在makefile.build中我們看到：

kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))
kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)
include $(kbuild-file)

這裏的操作就是會依次包含進各個目錄下的Makefile，來編譯該目錄下的對象，編譯的實際過程則是：

$(obj)/%.o: $(src)/%.c FORCE
     $(call cmd,force_checksrc)
     $(call if_changed_rule,cc_o_c)

if_changed_rule和cc_o_c是什麼？看這裏

2. 目錄下的.o文件生成built-in.o

下面的命令啓動.o連接成built-in.o

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

這裏$(obj-y)是啥？你隨便點開一個目錄下的Makefile，看看就知道了，其實就是各個.o的集合。

3. 生成vmlinux.o

直接看這裏吧，呵呵。

4. vmlinux.lds的生成

.lds文件稱爲鏈接腳本，它的語法和作用，參考這裏。它在最終鏈接生成vmlinux起着重要的作用。它的構建規則在Makefile.build中定義：

$(obj)/%.lds: $(src)/%.lds.S FORCE
     $(call if_changed_dep,cpp_lds_S)

5. 鏈接生成vmlinux

vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE
     $(call if_changed_rule,vmlinux__)

這裏關於kallsyms.o，可以參考這裏。當目前位置，各個目錄下的.o都已構建完畢，通過$(call if_changed_rule,vmlinux__)

就可以在頂層目錄下生成vmlinux了。

6. 生成bzImage

生成bzImage的工作集中在x86/boot目錄和x86/compressed目錄中，其中boot目錄下的makefile會使用tools/build這個工具將當前目錄中生成的setup.bin vmlinux.bin和啓動設備號信息(即ROOT_DEV)“打包”成bzImage。

其中boot目錄下的setup.ld會將目錄下的所有的.o文件連接成setup.elf，然後使用objcopy處理得到setup.bin。

在compressed目錄下的makefile會將misc.o，piggy.o，head_32.o或者head_64.o鏈接成vmlinux，這個vmlinux會在上層boot目錄中被objcopy處理生成vmlinux.bin。這裏有個奇怪的東西，就是piggy.o，這個東西實際上就是將頂層目錄下生成的vmlinux進行了objcopy+gzip處理之後的最終結果。