linux kernel Kbuild 編譯系統分析

從Linux內核2.6開始，Linux內核的編譯採用Kbuild系統，這同過去的編譯系統有很大的不同，尤其對於Linux內核模塊的編譯。在新的系統下，Linux編譯系統會兩次掃描Linux的Makefile：首先編譯系統會讀取Linux內核頂層的Makefile，然後根據讀到的內容第二次讀取Kbuild的Makefile來編譯Linux內核。

Linux內核Makefile分類

· Kernel Makefile

Kernel Makefile位於Linux內核源代碼的頂層目錄，也叫 Top Makefile。它主要用於指定編譯Linux Kernel目標文件（vmlinux）和模塊（module）。這編譯內核或模塊是，這個文件會被首先讀取，並根據讀到的內容配置編譯環境變量。對於內核或驅動開發人員來說，這個文件幾乎不用任何修改。

· Kbuild Makefile

Kbuild系統使用Kbuild Makefile來編譯內核或模塊。當Kernel Makefile被解析完成後，Kbuild會讀取相關的Kbuild Makefile進行內核或模塊的編譯。Kbuild Makefile有特定的語法指定哪些編譯進內核中、哪些編譯爲模塊、及對應的源文件是什麼等。內核及驅動開發人員需要編寫這個Kbuild Makefile文件。

· ARCH Makefile

ARCH Makefile位於ARCH/$(ARCH)/Makefile，是系統對應平臺的Makefile。Kernel Top Makefile會包含這個文件來指定平臺相關信息。只有平臺開發人員會關心這個文件。

Kbuild Makefile
Kbuild Makefile的文件名不一定是Makefile，儘管推薦使用Makefile這個名字。大多的Kbuild文件的名字都是Makefile。爲了與其他Makefile文件相區別，你也可以指定Kbuild Makefile的名字爲Kbuild。而且如果“Makefile”和“Kbuild”文件同時存在，則Kbuild系統會使用“Kbuild”文件。

· 目標定義

Kbuild Makefile的一個最主要功能就是指定編譯什麼，這個功能是通過下面兩個對象指定的obj-?和xxx-objs：

· obj-?

obj-?指定編譯什麼，怎麼編譯？其中的“?”可能是“y”或“m”，“y”指定把對象編譯進內核中，“m”指定把對象編譯爲模塊。語法如下;
obj-? = $(target).o
target爲編譯對象的名字。如果沒有指定xxx-objs，這編譯這個對象需要的源文件就是$(target).c或$(target).s。如果指定了$(target)-objs，則編譯這個對象需要的源文件由$(target)-objs指定，並且不能有$(target).c或$(target).s文件。

· xxx-objs

xxx-objs指定了編譯對象需要的文件，一般只有在源文件是多個時才需要它。

只要包含了這兩行，Kbuild Makefile就應該可以工作了。

· 嵌套編譯

有時一個對象可能嵌入到另一個對象的目錄下，那個如何編譯子目錄下的對象呢?其實很簡單，只要指定obj_?的對象爲子目錄的名字就可以了：

obj-? = $(sub_target)/

其中“?”可以是“y”或“m”，$(sub_target)是子目錄名字。

· 編譯器選項

儘管在大多數情況下不需要指定編譯器選項，有時我們還是需要指定一些編譯選項的。

· ccflags-y, asflags-y and ldflags-y

這些編譯選項用於指定cc、as和ld的編譯選項

編譯外部模塊
有時候我們需要在內核源代碼數的外面編譯內核模塊，編譯的基本命令是：

make -C $(KERNEL_DIR) M=`pwd` modules
我們可以把這個命令集成到Makefile裏，這樣我們就可以只輸入“make”命令就可以了。回想上一章的那個Makefile，它把Normal Makefile 和Kbuild Makefile集成到一個文件中了。爲了區別Kbuild Makefile 和Normal Makefile，這樣我們改寫Makefile爲如下形式，並且添加Kbuild Makefile - “Kbuild”。

##Makefile
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
include "Kbuild"
else
KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build
MODULEDIR := $(shell pwd)

.PHONY: modules
default: modules

modules:
        make -C $(KERNEL_DIR)  M=$(MODULEDIR) modules

clean distclean:
        rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko
        rm -rf .tmp_versions
endif

## Kbuild
MODULE_NAME = helloworld
$(MODULE_NAME)-objs := hello.o
obj-m   := $(MODULE_NAME).o

一般不需要在Makefile裏包含如下代碼,這樣寫完全是爲了兼容老版本的Kbuild系統。KERNELRELEASE變量在Kernel Makefile裏定義的，因此只有在第二次由Kbuild讀取這個Makefile文件時纔會解析到Kbuild的內容。

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
include "Kbuild"
else
...
endif

外部頭文件
有時需要連接內核源代碼外部的系統頭文件，但Kbuild系統默認的系統頭文件都在內核源代碼內部，如何使用外部的頭文件呢？這個可以藉助於Kbuild系統的特殊規則:

· EXTRA_CFLAGS

EXTRA_CFLAGS可以給Kbuild系統添加外部系統頭文件，
EXTRA_CFLAGS += $(ext_include_path)
一般外部頭文件可能位於外部模塊源文件的目錄內，如何指定呢？這可以藉助$(src)或$(obj)

· $(src)/$(obj)

$(src)是一個相對路徑，它就是Makefile/Kbuild文件所在的路徑。同樣$(obj)就是編譯目標保存的路徑，默認就是源代碼所在路徑。

因此，我們修改Kbuild文件添加 EXTRA_CFLAGS 來包含外部頭文件儘管在這個驅動裏沒有引用外部系統頭文件：

## Kbuild
MODULE_NAME = helloworld
$(MODULE_NAME)-objs := hello.o
EXTRA_CFLAGS := -I$(src)/include
obj-m   := $(MODULE_NAME).o

· Goal definitions

Example:

obj-y += foo.o

告訴kbuild，在文件夾中又一個叫做foo.o的object。foo.o將會被從foo.c或者foo.S被構建。

如果foo.o被構建成一個模塊，則將使用變量obj-m。Example:

obj-$(CONFIG_FOO) += foo.o

$(CONFIG_FOO)要麼是y(built-in)要麼是m(module)。如果CONFIG_FOO既不是y也不是m，那麼文件將不會被編譯也不會被連接。

· Built-in object goals - obj-y

kbuild Makefiles在$(obj-y)列表中爲vmlinux指明object文件。這個列表依靠內核的配置。

在$(obj-y)中的文件的順序是非常重要的。列表中允許兩個相同的文件：第一個實體將被連接到built-in.o，後面的實體將會被忽略。

連接的順序也很重要，因爲在boot過程中某些函數(module_init()/_initcall)將會按順序出現。因此，如果改變了連接順序，將會改變你的SCSI控制器的檢測順序，你的磁盤也同時被重新編號了。

Example:
  #drivers/isdn/i4l/Makefile
  # Makefile for the kernel ISDN subsystem and device drivers.
  # Each configuration option enables a list of files.
  obj-$(CONFIG_ISDN)             += isdn.o
  obj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o

· Loadable module goals - obj-m

$(obj-m)指明object文件作爲可裝載的內核模塊被構建。一個模塊可能從一個或者多個源文件被構建。kbuild maefile只是簡單的將源文件加到%(obj-m)

Example:
#drivers/isdn/i4l/Makefile
obj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o

注意這裏$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP)是m.

Note: In this example $(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) evaluates to 'm'。

如果一個內核模塊從多個源文件構建，KBuild就必須要知道你想從哪些部分構建模塊。因此，你不得不設置$(<module_name>-objs)變量來告訴KBuild。

Example:
  #drivers/isdn/i4l/Makefile
  obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
  isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_common.o

在這個例子中，模塊名是isdn.o,Kbuild將會編譯列在$(isdn-objs)的object文件，然後在這些文件的列表中調用"$(LD) -r"來產生isdn.o。

Kbuild使用後綴-objs,-y來識別混合的object文件。這允許Makefiles使用變量CONFIG_sambol來決定一個object是否是混合object的的一部分。

Example:
  #fs/ext2/Makefile
         obj-$(CONFIG_EXT2_FS)        += ext2.o
   ext2-y                       := balloc.o bitmap.o
         ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o

在這個例子中，如果$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR)是y，則xattr.o只是混合object文件ext2.o的一部分。

注意，當你構造一個objects到內核中時，上面的語法當然也能夠工作。因此，如果你讓CONFIG_EXT2=Y,KBuild將會爲你構建一個獨立的ext2.o文件，並且連接到built-in.o。

· Library file goals - lib-y

用obj-*連接的Objects在指明的文件夾中被用作模塊或者綜合進built-in.o。也又可能被列出的objects將會被包含進一個庫,lib.a。所有用lib-y列出的objects在那個文件夾中被綜合進單獨的一個庫。列在obj-y和附加列在lib-y中的Objects將不會被包含在庫中，因爲他們將會被任意的存取。對於被連接在lib-m中，連續的objects將會被包含在lib.a中。值得注意的是kbuild makefile可能列出文件用作built-in，並且作爲庫的一部分。因此，同一個文件夾可能包含一個built-in.o和lib.a文件。

Example:
#arch/i386/lib/Makefile
lib-y := checksum.o delay.o

這裏講會創建一個基於checksum.o和delay.o的庫文件。對於kbuild，識別一個lib.a正在被構建，這個文件夾應該被列在libs-y中。lib-y的使用方法通常被限制在lib/和arc/*/lib中。

· Descending down in directories

一個Makefile只負責在他自己的文件夾中構建objects。在子文件夾中的文件應該由子文件夾中的Makefiles來照顧。如果你知道他們，build系統將會自動遞歸地用在子文件夾中的make。

在這種情況下obj-y和obj-m就被使用了。ext2存在於不同的文件夾中，Makefile出現在fs/，則告訴kbuild從後面的參數下來。

Example:
#fs/Makefile
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/

如果CONFIG_EXT2_FS被設置成y(built-in)或者m(modular)，相應的obj-變量將會被設置，並且kbuild將會從ext2文件夾繼承下來。Kbuild只會使用這些信息來決定它需要訪問這些文件夾，而在子文件夾中的Makefile來指明哪些是modules哪些是built-in。

當賦值文件夾名字的時候，使用CONFIG_variable是很好的選擇。這允許kbuild完全的跳過文件夾，而不管CONFIG_option是否是y或者m。

· Compilation flags

EXTRA_CFLAGS, EXTRA_AFLAGS, EXTRA_LDFLAGS, EXTRA_ARFLAGS。

所有的EXTRA_ variables只應用在kbuild中，他們被賦值的地方。EXTRA_variables應用在kbuild makefile中所有的可執行的命令。$(EXTRA_CFLAGS) 指明用$(CC)編譯C文件的時候的選項。

Example:
  # drivers/sound/emu10k1/Makefile
  EXTRA_CFLAGS += -I$(obj)
  ifdef DEBUG
      EXTRA_CFLAGS += -DEMU10K1_DEBUG
  endif

這裏的變量是必須的，因爲頂層的Makefile擁有變量$(CFLAGS)並且用它來作爲整個樹的編譯標誌當編譯彙編源文件的時候$(EXTRA_AFLAGS)，和每個文件夾的選項是相似的。

Example:
#arch/x86_64/kernel/Makefile
EXTRA_AFLAGS := -traditional

$(EXTRA_LDFLAGS)和$(EXTRA_ARFLAGS) 對於每個文件夾的$(LD)和$(AR)選項是類似的。

Example:
#arch/m68k/fpsp040/Makefile
EXTRA_LDFLAGS := -x

CFLAGS_$@, AFLAGS_$@

CFLAGS_$@和AFLAGS_$@只應用到當前kbuild makefile的命令。

$(CFLAGS_$@) 爲每個文件的$(CC)指明選項。$@
部分有一個字面上的值，指明它是爲那個文件。

Example:
  # drivers/scsi/Makefile
  CFLAGS_aha152x.o =   -DAHA152X_STAT -DAUTOCONF
  CFLAGS_gdth.o    = # -DDEBUG_GDTH=2 -D__SERIAL__ -D__COM2__ \
         -DGDTH_STATISTICS
  CFLAGS_seagate.o =   -DARBITRATE -DPARITY -DSEAGATE_USE_ASM

These three lines specify compilation flags for aha152x.o,
gdth.o, and seagate.o

$(AFLAGS_$@) is a similar feature for source files in assembly
languages.

Example:
  # arch/arm/kernel/Makefile
  AFLAGS_head-armv.o := -DTEXTADDR=$(TEXTADDR) -traditional
  AFLAGS_head-armo.o := -DTEXTADDR=$(TEXTADDR) -traditional

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