linux内核编译kbuild系统详解

众所周知，内核的编译系统kbuild是个很庞大的系统。但是，它所使用的make和我们平时用的make是一模一样的。kbuild只是通过预定义一些变量（obj-m，obj-y等等）和目标（bzImage ，menuconfig等等），使内核的编译和扩展变得十分方便。我们不妨yy一下kbuild的一些功能：
　　1.考虑到Linux能够方便地移植到各个硬件平台，kbuild也必须很容易添加对某个新的平台的支持，同时上层的Makefile不需要做大的改动。
　　2.Linux下有众多驱动设备。它们的Makefile希望能够尽可能简洁。简洁到只要指定要编译的.o文件就行。（这方面kbuild定义了很多有用的变量如obj-m obj-y，-objs等等，用户只要为这些变量赋值，kbuild会自动把代码编译到内核或者编译成模块）
　　3.要有方便的可定制性。很多参数可以让用户指定。这方面kbuild也提供了大量的变量如EXTRA_CFLAGS，用户如果想include自己的头文件或者加其它编译参数，只要设置一下EXTRA_CFLAGS就可以。
　　4.有能力递归地调用Makefile。因为内核是一个庞大的软件。它的源代码的目录层次很深。要提供一种简洁的机制，使上层的Makefile能方便地调用下层的Makefile。在这过程中，面向对象的思想也许值得借鉴。
　　5.在配置内核时，要提供友好的用户界面。这方面kbuild也提供了不少工具，如常用的make menuconfig等等。
　　我们完全可以把kbuild想象成一个类库，它为普通的内核开发人员提供了接口（obj-m obj-y EXTRA_CFLAGS等等），为用户提供了定制工具（make menuconfig）
　　如果想了解kbuild的使用方法，可以参阅源代码自带的文档：
　　Documentation/kbuild/makefiles.txt
　　Documentation/kbuild/modules.txt
　　一般情况下是不需要知道具体的编译顺序的。除了在个别情况下，如do_initcalls（）中就和函数在.initcall.init section中的顺序有关。不过喜欢寻根究底的我，还是想理一下编译内核时几个常用的命令，如make bzImage，make menuconfig等等，进而了解kbuild的架构。先看make bzImage吧。
　　它的大概脉络是怎样的呢？可以用以下命令查看。
　　make -n bzImage
　　如果嫌内容太多，可以过滤掉多余的信息：
　　make -n bzImage | grep “make -f”
　　可以猜到：
　　先作一些准备工作
　　make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
　　然后依次递归地调用源代码中的Makefile
　　make -f scripts/Makefile.build obj=init
　　make -f scripts/Makefile.build obj=usr
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/acpi
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu/cpufreq
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu/mcheck
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/cpu/mtrr
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/kernel/timers
　　。。。
　　最后压缩内核，生成bzImage
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/boot arch/i386/boot/bzImage
　　make -f scripts/Makefile.build obj=arch/i386/boot/compressed IMAGE_OFFSET=0x100000 arch/i386/boot/compressed/vmlinux
　　好，我们从头开始。找make bzImage的入口：
　　第一反应，自然是在/usr/src/linux/Makefile中找
　　bzImage：
　　。..
　　可惜没找到。
　　不过没关系，用lxr搜索一下，可知bzImage定义在arch/i386/Makefile，所以可以猜测，该makefile一定是被include了。果然，在/usr/src/linux/Makefile中有：
　　447 include $（srctree）/arch/$（ARCH）/Makefile
　　又因为在arch/i386/Makefile中定义有
　　141 zImage bzImage： vmlinux
　　142 $（Q）$（MAKE） $（build）=$（boot） $（KBUILD_IMAGE）
　　其中这个$（build）定义在/usr/src/linux/Makefile中
　　1335 build ：= -f $（if $（KBUILD_SRC），$（srctree）/）scripts/Makefile.build obj
　　我们在之前查看make -n bzImage信息和之后会经常看到。我们会发现kbuild通常不会直接去调用某个目录下的Makefile，而是让该目录作为scripts/Makefile.build 的参数。scripts/Makefile.build 会对该目录下的Makefile中的内容（主要是obj-m和obj-y等等）进行处理。由此看来 scripts/Makefile.build这个文件很重要。看看它做了什么：
　　由于scripts/Makefile.build后面没跟目标，所以默认为第一个目标：
　　007 .PHONY： __build
　　008 __build：
　　009
　　010 # Read .config if it exist， otherwise ignore
　　011 -include .config
　　012
　　013 include $（if $（wildcard $（obj）/Kbuild）， $（obj）/Kbuild， $（obj）/Makefile）
　　014
　　015 include scripts/Makefile.lib
　　这里可以看到，scripts/Makefile.build执行时会include .config文件。.config是make menuconfig后生成的内核配置文件。
　　里面有如下语句：
　　CONFIG_ACPI_THERMAL=y
　　CONFIG_ACPI_ASUS=m
　　CONFIG_ACPI_IBM=m
　　。。。
　　以前我一直对它的格式表示奇怪，现在很清楚了，它们是作为makefile的一部分，通过读取CONFIG_XXX的值就可以知道他们是作为模块还是作为内核的一部分而编译的。
　　此外，还包含了$（obj）/Makefile。这就是通过在make时传递目录名$（obj）间接调用Makefile的手法。对于内核普通代码所对应的Makefile而言，里面只是对obj-m obj-y，-objs等变量进行赋值操作。
　　接下去是include scripts/Makefile.lib
　　。正如它的文件名所示，这类似于一个库文件。它负责对obj-m obj-y，-objs等变量进行加工处理。从中提取出subdir-ym等变量，这是个很重要的变量，记录了需要递归调用的子目录。以后递归调用Makefile全靠它了。这里也充分体现了GNU make对字符串进行操作的强大功能。
　　回到Makefile.build。这时，重要变量$（builtin-target），$（subdir-ym）等都已经计算完毕。开始列依赖关系和具体操作了。
　　079 __build： $（if $（KBUILD_BUILTIN），$（builtin-target） $（lib-target） $（extra-y）） \
　　080 $（if $（KBUILD_MODULES），$（obj-m）） \
　　081 $（subdir-ym） $（always）
　　082 @：
　　$（builtin-target）是指当前目录下的目标文件，即$（obj）/built-in.o
　　如前文所说，$（subdir-ym）用来递归调用子目录的Makefile
　　306 # Descending
　　307 # ---------------------------------------------------------------------------
　　308
　　309 .PHONY： $（subdir-ym）
　　310 $（subdir-ym）：
　　311 $（Q）$（MAKE） $（build）=$@
　　通过这种方式，实现了对某个目录及其子目录的编译。
　　分析完Makefile.build，回过头来再看bzImage.从arch/i386/Makefile中可以看到，bzImage是在vmlinux基础上加以压缩拼接而成。从vmlinux到bzImage的过程在《读核感悟-
　　Linux内核
　　启动-内核的生成》中已经有介绍。现在看看vmlinux是如何生成的。
　　见/usr/src/linux/Makefile
　　728 vmlinux： $（vmlinux-lds） $（vmlinux-init） $（vmlinux-main） $（kallsyms.o） FORCE
　　729 $（call if_changed_rule，vmlinux__）
　　611 vmlinux-init ：= $（head-y） $（init-y）
　　612 vmlinux-main ：= $（core-y） $（libs-y） $（drivers-y） $（net-y）
　　613 vmlinux-all ：= $（vmlinux-init） $（vmlinux-main）
　　614 vmlinux-lds ：= arch/$（ARCH）/kernel/vmlinux.lds
　　vmlinux所依赖的目标$（vmlinux-lds） 是对arch/i386/kernel/vmlinux.lds.S进行预处理的结果：arch/i386/kernel/vmlinux.lds ，其它的依赖关系也都可以在/usr/src/linux/Makefile中查到。
　　所以，当用户在源代码目录下执行make bzImage。make会检查bzImage的依赖目标，然后不停地递归调用各个Makefile，最终生成一个bzImage文件。
　　如果我们换个角度，还可以归纳出不少有趣的东西。如果把make看成是一种脚本语言，那么Makefile就是代码。make就是解释器。make里也有函数，也有变量。通过定义目标，可以实现类似于函数的效果。而目标之间的依赖关系则类似于函数内部再调用其它函数。
　　如果我们考虑变量的作用域，还可以归纳出以下几点：
　　1.Makefile内部定义的变量作用域只限于那个Makefile中，如obj-m。
　　2.要使变量的作用域扩展到整个make命令的执行过程（包括递归调用的其它Makefile），需要使用export命令。
　　调用Makefile的方式也有很多种：
　　1.一种是隐式调用，如运行make，它会自动在当前目录寻找Makefile等。
　　2.一种是显式调用，如用make -f指定。
　　3.一种是用include 来调用。