第 7 章 配置编译内核
7.2 配置编译内核源码
7.2.3 Kbuild Makefile
Linux 内核源代码是通过 Makefile 组织编译的。
1．Makefile 的组织结构
Makefiles 包含 5 个部分，见表 7.7 所示。
表7.7 Makefiles 的 5 个部分
Makefile 顶层目录下的 Makefile
.config 内核配置文件
arch/$(ARCH)/Makefile 对应体系结构的 Makefile
续表
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Makefile 顶层目录下的 Makefile scripts/Makefile.* 所有 kbuild Makefiles 的通用规则等定义
kbuild Makefiles 内核编译各级目录下的 Makefile，大约有 500 多个
顶层目录的 Makefile 读取.config 文件，根据.config 文件中的配置选项编译内核。这 个.config 文件是内核配置过程生成的。
顶层目录的 makefile 负责编译 vmlinux（常驻内存的内核映像）和 module（任何模块文 件）。它递归地遍历内核源码树中所有子目录，编译所有的目标文件。
编译访问的子目录列表依赖于内核配置。顶层目录的 Makefile 原原本本的包含了一个 arch Makefile（后面将使用这个英文名称），就是 arch/$(ARCH)/Makefile。这个 arch Makefile 给顶层目录提供了体系结构相关的信息。
每个子目录都有一个 Kbuild Makefile（内核编译过程调用），这些 Makefile 执行从上层 传递下来的命令。这些 Makefile 使用.config 文件中的信息，构建各种文件列表，由 Kbuild 编译静态链接的或者模块化的目标程序。
scripts/Makefile.*几个文件包含了 Kbuild Makfile 所有的定义和 规则等，用于编译 内核。
内核源码的大多数 Makefile 是 Kbuild Makefile，使用 Kbuild 组织结构。下面介绍一下 Kbuild Makefile 的语法。
Kbuild 大体上按照下列步骤执行编译过程。
（1）内核配置，生成.config 文件。
（2）保存内核版本信息到 include/linux/version.h。
（3）创建链接符号 include/asm，链接 include/asm-$(ARCH)源目录。
（4）升级所有依赖的前提文件，在 arch/$(ARCH)/Makefile 中指定附加依赖条件。
（5）递归地遍历各级子目录并且编译所有的目标。
init-*、core*、drivers-*、net-*、libs-*的目录变量值在 arch/$(ARCH)/Makefile 文件中有 些扩展。
（6）链接所有的目标文件，生成顶层目录的 vmlinux。链接的第一个目标文件在 head-y 列表中，是在 arch/$(ARCH)/Makefile 中定义的。
（7）最后，体系结构相关的部分作必须的后期处理，编译生成最终的引导映像。这可以 包括编译引导记录；准备 initrd 映像等类似工作。
2．Makefile 语言
内核 Makefile 是配合 GNU make 使用的。除了 GNU make 的文档中的特点，内核的 Makefile 还有一些 GNU 扩展的功能。
GNU make 支持基本的链接表处理功能。内核 Makefile 使用新颖的编译列表格式，编译 过程几乎可以不用 if 语句。
GNU make 有多种变量赋值操作符：“=”、“:=”、“?=”、“+=”。
第 1 种是“=”操作符，在“=”左侧是变量，右侧是变量的值，右侧变量的值可以定义 在文件的任何一处，也就是说，右侧中的变量不一定非要是已定义好的值，其也可以使用后
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面定义的值。
可以把变量的真实值推到后面来定义。但是这种形式也有不好的地方，那就是递归定义，
这会让 make 陷入无限的变量展开过程中去，当然，make 是有能力检测这样的定义，并会报 错的。还有就是如果在变量中使用函数，那么，这种方式会让 make 运行时非常慢，更糟糕 的是，会使得 wildcard 和 shell 两个函数发生不可预知的错误。因为不会知道这两个函数会被 调用多少次。
第 2 种是“:=”操作符，这种方法，前面的变量不能使用后面的变量，只能使用前面已 定义好了的变量。如果是这样：
y := $(x) bar x := foo
那么，y 的值是“bar”，而不是“foo bar”。
第 3 种是“?=”操作符，先看示例：
FOO ?= bar
其含义是：如果 FOO 没有被定义过，那么变量 FOO 的值就是“bar”；如果 FOO 先前被 定义过，那么这条语将什么也不做。
第 4 种是“+=”操作符，将右边的变量值附加给左边的变量。例如：
FOO = string1 FOO += string2
这时，FOO 的变量值为“string1 string2”。
3．Kbuild 变量
顶层 Makefile 输出下列变量。
（1）VERSION, PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION 定义了当前内核版本。
$(VERSION)、$(PATCHLEVEL)和$(SUBLEVEL)定义了基本的 3 个版本号，例如：2、6 和 14，都是数字，对应内核版本号。
$(EXTRAVERSION)为预先或者附加的补丁定义了更细的子版本号。通常是非数字的字 符串或者空的，例如：-mm1。
（2）KERNELRELEASE 定义了内核发布的版本，一般是单个的字符串，例如：2.6.14。
常用来作为版本显示。
（3）ARCH 定义了目标板体系结构，例如：i386、arm 或者 sparc。一些 kbuild Makefile 测试$(ARCH)来确定要编译哪一个文件。顶层 Makefile 缺省地把$(ARCH)设置成主机系统的 体系结构。对于交叉编译，需要修改定义或者在命令行重载这个值。例如：
make ARCH=arm
（4）INSTALL_PATH 为 arch Makefile 定义了安装驻留内存的内核映像和 System.map 文 件。使用这个体系结构安装目标板。
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（5）INSTALL_MOD_PATH 和 MODLIB。
$(INSTALL_MOD_PATH)在安装模块的时候作为$(MODLIB)的前缀。这个变量没有在 Makefile 中定义，但是可以通过命令行传递。
$(MODLIB)指定模块安装的路径。顶层 Makefile 的$(MODLIB)缺省定义如下。
$(INSTALL_MOD_PATH)/lib/modules/$(KERNELRELEASE) 4．Kbuild Makefile 的定义
（1）目标定义
目标定义 kbuild Makefile 的核心。它们定义了要编译的文件、特殊的编译选项和要递归 地遍历的子目录。
最简单的 kbuild makefile 包含一行，例如：
obj-y += foo.o
这是告诉 kbuild，当前目录中要编译一个目标文件 foo.o，foo.o 应该从 foo.c 或者 foo.S 编译过来。
如果要把 foo.o 编译为模块，就使用变量 obj-m。因此，经常用下列方式：
obj-$(CONFIG_FOO) += foo.o
$(CONFIG_FOO)可以配置为 y（静态链接）或者 m（动态模块）。如果 CONFIG_FOO 即 不是 y，也不是 m，那么这个文件就不被编译或者链接。
（2）静态链接目标文件- obj-y
kbuild Makefile 指定了 vmlinux 的目标文件，就在$(obj-y)列表中。这些列表依赖于内核 的配置。
Kbuild 编译所有的$(obj-y)文件，再用$(LD)命令把目标文件链接成一个 built-in.o 文件。
然后 built-in.o 将被链接到顶层目录的 vmlinux 中去。
$(obj-y)中的文件顺序很重要。因为列表中允许重复，第一个实例链接到 built-in 中以后，
后面的实例将被忽略。另外，某些函数（module_init() / __initcall）会在启动过程中按照排列 顺序调用。如果改变链接顺序，也可能改变设备的初始化顺序。例如：改变 SCSI 控制器的 探测顺序，就会导致磁盘重复编号。
举例说明 obj-y。
#drivers/isdn/i4l/Makefile
# Makefile for the kernel ISDN subsystem and device drivers.
# Each configuration option enables a list of files.
obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
obj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o
（3）可加载模块目标文件- obj-m
$(obj-m)用来指定要编译成可加载模块的目标文件。
一个模块可以由一个或者几个源文件编译生成。对于单个源文件的情况，kbuild Makefile 可以简单地把文件添加到$(obj-m)中即可。
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例如：
#drivers/isdn/i4l/Makefile
obj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o
注意 这里的$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP)配置为“m”。
如果内核模块由几个源文件编译生成，要指定要编译成一个模块。Kbuild 需要知道这个 模块包含哪些目标文件，那么必须设置一个$(<module_name>-objs)变量。
例如：
#drivers/isdn/i4l/Makefile obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_common.o
在这个例子中，模块的名字是 isdn.o。Kbuild 会编译$(isdn-objs)列表中的目标文件，然 后执行“$(LD) –r”命令，把这些目标文件链接成 isdn.o。
Kbuild 可以通过-objs 和-y 后缀识别组成复合目标的目标文件。这允许 Makefile 通过 CONFIG_符号的值来确定一个目标文件是不是一个复合目标文件。
例如：
#fs/ext2/Makefile
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
ext2-y := balloc.o bitmap.o ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o
这个例子中，如果$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR)配置为“y”，xattr.o 就是复合目标 ext2.o 的一部分。
注意 当 把 这 些 目 标 文 件 编 译 链 接 到 内 核 中 去 的 时 候 ， 上 面 的 语 法 仍 然 有 效 。 如 果 配 置 CONFIG_EXT2_FS=y，kbuild 会单独编译 ext2.o 文件，再链接到 built-in.o 文件中。
（4）库目标文件 lib-y
用 obj-列出的目标文件可以用于模块或者指定目录的 built-in.o 文件，也可以列出要包含 到一个库 lib.a 中的目标文件。用 lib-y 列出的目标文件可以组合到目录下的一个库中。在 obj-y 中列出并且在 lib-y 中列出的目标文件不会包含到这个库中，因为它们是内核可以访问的。为 了一致性，在 lib-m 中列出的目标文件会包含到 lib.a 中。
注意 同一个 kbuild makefile 可以把文件列到 built-in 表中，同时还是一个库的列表的一部分。因此，
同一个目录可以包含一个 built-in.o 和一个 lib.a 文件。
例如：
#arch/i386/lib/Makefile
lib-y := checksum.o delay.o
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这会基于 checksum.o 和 delay.o 创建一个 lib.a 文件。为了让 kbuild 知道有一个 lib.a 要编 译，这个目录应该添加到 libs-y 列表中。
lib-y 一般仅限于 lib/和 arch/*/lib/目录。
（5）遍历子目录
一个 Makefile 只负责在自己的目录下编译目标文件。各子目录下的文件应该由各自的 Makefile 来管理。编译系统会自动在子目录中递归地调用 make。
这项工作也要用到 obj-y 和 obj-m。比如 ext2 在一个单独的目录中，在 fs 目录下的 Makefile 使用下面的配置方法。
#fs/Makefile
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/
如果 CONFIG_EXT2_FS 设成“y”或者“m”，对应的 obj-变量就会设置，并且 Kbuild 就会下到 ext2 目录中编译。Kbuild 只使用这个信息决定是否需要访问这个目录，编译的工作 是子目录中的 Makefile 负责。
对于 CONFIG_选项既不是“y”也不是“m”的目录，使用 CONFIG_变量可以让 Kbuild 忽略掉。这是一个很好的办法。
（6）编译标志
编译标志包括：EXTRA_CFLAGS、EXTRA_AFLAGS、EXTRA_LDFLAGS、EXTRA_ARFL- AGS。
所有的 EXTRA_变量只适用于当前的 Kbuild makefile。EXTRA_变量适用 Kbuild makefile 中执行的所有的命令。
$(EXTRA_CFLAGS)通过$(CC)指定编译 C 文件的选项。
例如：
# drivers/sound/emu10k1/Makefile EXTRA_CFLAGS += -I$(obj)
ifdef DEBUG
EXTRA_CFLAGS += -DEMU10K1_DEBUG endif
因为顶层目录 Makefile 的变量$(CFLAGS)用于整个源码树的编译，所以这种变量定义是 必须的。
在编译汇编语言源码的时候，$(EXTRA_AFLAGS)是与每个目录的选项类似的字符串。
例如：
#arch/x86_64/kernel/Makefile EXTRA_AFLAGS := -traditional
$(EXTRA_LDFLAGS)和$(EXTRA_ARFLAGS)分别是与每个目录$(LD)和$(AR)的选项 类似的字符串。
例如：
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#arch/m68k/fpsp040/Makefile EXTRA_LDFLAGS := -x
CFLAGS_$@, AFLAGS_$@
CFLAGS_$@和 AFLAGS_$@仅适用于当前 kbuild makefile 的命令。
$(CFLAGS_$@)为$(CC)指定每个文件的选项。$@代表指定的文件名。
例如：
# 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 这些行指定了 aha152x.o、gdth.o 和 seagate.o 的编译标志。
$(AFLAGS_$@)对于汇编语言编译有类似的特点。
例如：
# arch/arm/kernel/Makefile
AFLAGS_head-armv.o := -DTEXTADDR=$(TEXTADDR) -traditional AFLAGS_head-armo.o := -DTEXTADDR=$(TEXTADDR) -traditional
（7）依赖跟踪
Kbuild 按照下列步骤跟踪依赖关系。
• 所有依赖的前提文件（*.c 和*.h 文件）
• 在依赖的前提文件中用到的 CONFIG_选项
• 编译目标文件用到的命令行
因此，如果修改$(CC)的一个选项，所有相关的文件都会重新编译。
（8）特殊的规则
当 Kbuild 结构不提供必须的支持的时候，要使用特殊规则。一个典型的例子是在编译过 程中生成头文件。另外一个例子是体系结构相关的 Makefile 需要特殊的规则准备映像等。
特殊的规则可以按照普通的规则来写。Kbuild 不在 Makefile 所在的目录执行，因此所有 特殊的规则应该为依赖的文件和目标文件提供相对路径。
定义特殊规则的时候，常用到两个变量：$(src)和$(obj)。
$(src)是指向 Makefile 所在的目录的相对路径。当引用位于源码树的文件的时候，总是使 用$(src)。
$(obj)是指向目标文件保存的相对路径。当引用生成文件的时候，总是使用$(obj)。
例如：
#drivers/scsi/Makefile
$(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl
$(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl