January 18,2007 16:30

kernel makefile解讀

原文出自:http://www.linuxforum.net 簡體版
作者:jkl

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Makefile 初探
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Linux的內核配置檔有兩個,一個是隱含的.config文件,嵌入到主Makefile中;另一個是include/linux/autoconf.h,嵌入到各個c原始檔案中,它們由make config、make menuconfig、make xconfig這些過程創建。幾乎所有的原始檔案都會通過linux/config.h而嵌入autoconf.h,如果按照通常方法建立檔依賴關係(.depend),只要更新過autoconf.h,就會造成所有源代碼的重新編繹。

為了優化make過程,減少不必要的重新編繹,Linux開發了專用的mkdep工具,用它來取代gcc來生成.depend文件。mkdep在處理原始檔案時,忽略linux/config.h這樣的頭檔,識別原始檔案巨集指令中具有"CONFIG_"特徵的行。例如,如果有"#ifdef CONFIG_SMP"這樣的行,它就會在.depend檔中輸出$(wildcard /usr/src/linux/include/config/smp.h)。

include/config/下的檔是另一個工具split-include從autoconf.h中生成,它利用autoconf.h中的CONFIG_標記,生成與mkdep相對應的檔。例如,如果autoconf.h中有"#undef CONFIG_SMP"這一行,它就生成include/config/smp.h檔,內容為"#undef CONFIG_SMP"。這些檔案名只在.depend檔中出現,內核原始檔案是不會嵌入它們的。每配置一次內核,運行split-include一次。split-include會檢查舊的子檔的內容,確定是不是要更新它們。這樣,不管autoconf.h修改日期如何,只要其配置不變,make就不會重新編繹內核。

如果系統的編繹選項發生了變化,Linux也能進行增量編繹。為了做到這一點,make每編繹一個原始檔案時生成一個flags檔。例如編繹sched.c時,會在相同的目錄下生成隱含的.sched.o.flags文件。它是Makefile的一個片斷,當make進入某個子目錄編繹時,會搜索其中的flags檔,將它們嵌入到Makefile中。這些flags代碼測試當前的編繹選項與原來的是不是相同,如果相同,就將自已對應的目標檔加入FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表,然後,系統從編繹物件表中刪除它們,得到FILES_FLAGS_CHANGED列表,最後,將它們設為目標進行更新。

下一步準備逐步深入的剖析Makefile代碼。

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Makefile解讀之二: sub-make
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Linux各級內核源代碼的子目錄下都有Makefile,大多數Makefile要嵌入主目錄下的Rule.make,Rule.make將識別各個Makefile中所定義的一些變數。變數obj-y表示需要編繹到內核中的目標檔案名集合,定義O_TARGET表示將obj-y連接為一個O_TARGET名稱的目標檔,定義L_TARGET表示將obj-y合併為一個L_TARGET名稱的庫檔。同樣obj-m表示需要編繹成模組的目標檔案名集合。如果還需進行子目錄make,則需要定義subdir-y和subdir-m。在Makefile中,用"obj-$(CONFIG_BINFMT_ELF) += binfmt_elf.o"和"subdir-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2"這種形式自動為obj-y、obj-m、subdir-y、subdir-m添加檔案名。有時,情況沒有這麼單純,還需要使用條件語句個別對待。Makefile中還有其他一些變數,如mod-subdirs定義了subdir-m以外的所有模組子目錄。

Rules.make是如何使make進入子目錄的呢? 先來看subdir-y是如何處理的,在Rules.make中,先對subdir-y中的每一個檔案名加上首碼"_subdir_"再進行排序生成subdir-list集合,再以它作為目標集,對其中每一個目標產生一個子make,同時將目標名的首碼去掉得到子目錄名,作為子make的起始目錄參數。subdir-m與subdir-y類似,但情況稍微複雜一些。由於subdir-y中可能有模組定義,因此利用mod-subdirs變數將subdir-y中模組目錄提取出來,再與subdir-m合成一個大的MOD_SUB_DIRS集合。subdir-m的目標所用的首碼是"_modsubdir_"。

一點說明,子目錄中的Makefile與Rules.make都沒有嵌入.config檔,它是通過主Makefile向下傳遞MAKEFILES變數完成的。MAKEFILES是make自已識別的一個變數,在執行新的Makefile之前,make會首先載入MAKEFILES所指的檔。在主Makefile中它即指向.config。


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Makefile解讀之三: 模組的版本化處理
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模組的版本化是內核與模組介面之間進行嚴格類型匹配的一種方法。當內核配置了CONFIG_MODVERSIONS之後,make dep操作會在include/linux/modules/目錄下為各級Makefile中export-objs變數所對應的原始檔案生成副檔名為.ver的文件。

例如對於kernel/ksyms.c,make用以下命令生成對應的ksyms.ver:

gcc -E -D__KERNEL__ -D__GENKSYMS__ ksyms.c | /sbin/genksyms -k 2.4.1 > ksyms.ver

-D__GENKSYMS__的作用是使ksyms.c中的EXPORT_SYMBOL宏不進行擴展。genksyms命令識別EXPORT_SYMBOL()中的函數名和對應的原型,再根據其原型計算出該函數的版本號。

例如ksyms.c中有一行:
EXPORT_SYMBOL(kmalloc);
kmalloc原型是:
void *kmalloc(size_t, int);
genksyms程式對應的輸出為:
#define __ver_kmalloc 93d4cfe6
#define kmalloc _set_ver(kmalloc)
在內核符號表和模組中,kmalloc將變成kmalloc_R93d4cfe6。

在生成完所有的.ver文件後,make將重建include/linux/modversions.h檔,它包含一系列#include指令行嵌入各個.ver文件。在編繹內核本身export-objs中的檔時,make會增加一個"-DEXPORT_SYMTAB"編繹標誌,它使原始檔案嵌入modversions.h檔,將EXPORT_SYMBOL巨集展開中的函數名字串進行版本名擴展;同時,它也定義_set_ver()宏為一空操作,使代碼中的函數名不受其影響。
在編繹模組時,make會增加"-include=linux/modversion.h -DMODVERSIONS"編繹標誌,使模組中代碼的函數名得到相應版本擴展。

由於生成.ver文件比較費時,make還為每個.ver創建了一個尾碼為.stamp時戳文件。在make dep時,如果其.stamp檔比原始檔案舊才重新生成.ver檔,否則只是更新.stamp文件時戳。另外,在生成.ver和modversions.h檔時,make都會比較新檔和舊檔的內容,保持它們修改時間為最舊。



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Makefile解讀之四: Rules.make的注釋
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[code:1:974578564b]
#
# This file contains rules which are shared between multiple Makefiles.
#

#
# False targets.
#
#
.PHONY: dummy

#
# Special variables which should not be exported
#
# 取消這些變數通過環境向make子進程傳遞。
unexport EXTRA_AFLAGS # as 的開關
unexport EXTRA_CFLAGS # cc 的開關
unexport EXTRA_LDFLAGS # ld 的開關
unexport EXTRA_ARFLAGS # ar 的開關
unexport SUBDIRS #
unexport SUB_DIRS # 編繹內核需進入的子目錄,等於subdir-y
unexport ALL_SUB_DIRS # 所有的子目錄
unexport MOD_SUB_DIRS # 編繹模組需進入的子目錄
unexport O_TARGET # ld合併的輸出對象
unexport ALL_MOBJS # 所有的模組名

unexport obj-y # 編繹成內核的文件集
unexport obj-m # 編繹成模組的檔集
unexport obj-n #
unexport obj- #
unexport export-objs # 需進行版本處理的檔集
unexport subdir-y # 編繹內核所需進入的子目錄
unexport subdir-m # 編繹模組所需進入的子目錄
unexport subdir-n
unexport subdir-

#
# Get things started.
#
first_rule: sub_dirs
$(MAKE) all_targets

# 在內核編繹子目錄中過濾出可以作為模組的子目錄。
both-m := $(filter $(mod-subdirs), $(subdir-y))
SUB_DIRS := $(subdir-y)
# 求出總模組子目錄
MOD_SUB_DIRS := $(sort $(subdir-m) $(both-m))
# 求出總子目錄
ALL_SUB_DIRS := $(sort $(subdir-y) $(subdir-m) $(subdir-n) $(subdir-))


#
# Common rules
#
# 將c檔編繹成彙編檔的規則,$@為目標物件。
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -S $< -o $@
# 將c檔生成預處理檔的規則。
%.i: %.c
$(CPP) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) $< > $@
# 將c檔編繹成目標檔的規則,$<為第一個所依賴的對象;
#
在目標檔的目錄下生成flags檔,strip刪除多餘的空格,subst將逗號替換成冒號

%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -c -o $@ $<
@ ( \
echo 'ifeq ($(strip $(subst $(comma),:,$(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS)
$(CFLAGS_$@))),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(CFLAGS) $$(EXTRA_CFLAGS)
$$(CFLAGS_$@))))' ; \
echo&nbs'''FILES_FLAGS_UP_TO_DATE += ''' ; \
echo&nb;'''enf''' \
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
# 彙編檔生成目標檔的規則。
%.o: %.s
$(AS) $(AFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) -o $@ $<

# Old makefiles define their own rules for compiling .S files,
# but these standard rules are available for any Makefile that
# wants to use them. Our plan is to incrementally convert all
# the Makefiles to these standard rules. -- rmk, mec

ifdef USE_STANDARD_AS_RULE
# 彙編檔生成預處理檔的標準規則。
%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) $(EXTRA_AFLAGS) $(AFLAGS_$@) $< > $@
# 彙編檔生成目標檔的標準規則。
%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) $(EXTRA_AFLAGS) $(AFLAGS_$@) -c -o $@ $<

endif
# c檔生成調試列表檔的規則,$*擴展為目標的主檔案名。
%.lst: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -g -c -o $*.o $<
$(TOPDIR)/scripts/makelst $* $(TOPDIR) $(OBJDUMP)
#
#
#
all_targets: $(O_TARGET) $(L_TARGET)

#
# Rule to compile a set of .o files into one .o file
#
ifdef O_TARGET
$(O_TARGET): $(obj-y)
rm -f $@
# $^擴展為全部依賴物件,如果obj-y為空就生成一個同名空的庫檔。
ifneq "$(strip $(obj-y))" ""
$(LD) $(EXTRA_LDFLAGS) -r -o $@ $(filter $(obj-y), $^)
else
$(AR) rcs $@
endif
# 生成flags檔的shell語句。
@ ( \
echo&s;'''ifeq ($(strip $(subst $(comma),:,$(EXTRA_LDFLAGS)
$(obj-y))),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(EXTRA_LDFLAGS) $$(obj-y)))4;''' ;
\
echobp''''FILES_FLAGS_UP_TO_DATE +=&np$'''' ; \
echnsp;''edf'''' \
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
endif # O_TARGET

#
# Rule to compile a set of .o files into one .a file
#
# 將obj-y組合成庫L_TARGET的方法。
ifdef L_TARGET
$(L_TARGET): $(obj-y)
rm -f $@
$(AR) $(EXTRA_ARFLAGS) rcs $@ $(obj-y)
@ ( \
eons;''''ifeq ($(strip $(subst $(comma),:,$(EXTRA_ARFLAGS)
$(obj-y))),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(EXTRA_ARFLAGS) $$(obj-y))&1&4;'''' ;
\
h&bp;''''FILES_FLAGS_UP_TO_DATE &bp$@'''' ; \
&nbs;h&bp;'''edif'''' \
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
endif


#
# This make dependencies quickly
#
# wildcard為查找目錄中的檔案名的巨集。
fastdep: dummy
$(TOPDIR)/scripts/mkdep $(wildcard *.[chS] local.h.master) > .depend
ifdef ALL_SUB_DIRS
#
將ALL_SUB_DIRS中的目錄名加上首碼_sfdep_作為目標運行子make,並將ALL_SUB_DIRS
通過
# 變數_FASTDEP_ALL_SUB_DIRS傳遞給子make。
$(MAKE) $(patsubst %,_sfdep_%,$(ALL_SUB_DIRS))
_FASTDEP_ALL_SUB_DIRS="$(ALL_SUB_DIRS)"
endif

ifdef _FASTDEP_ALL_SUB_DIRS
#
與上一段相對應,定義子目錄目標,並將目標名還原為目錄名,進入該子目錄make。
$(patsubst %,_sfdep_%,$(_FASTDEP_ALL_SUB_DIRS)):
$(MAKE) -C $(patsubst _sfdep_%,%,$@) fastdep
endif


#
# A rule to make subdirectories
#
# 下面2段完成內核編繹子目錄中的make。
subdir-list = $(sort $(patsubst %,_subdir_%,$(SUB_DIRS)))
sub_dirs: dummy $(subdir-list)

ifdef SUB_DIRS
$(subdir-list) : dummy
$(MAKE) -C $(patsubst _subdir_%,%,$@)
endif

#
# A rule to make modules
#
# 求出有效的模組檔表。
ALL_MOBJS = $(filter-out $(obj-y), $(obj-m))
ifneq "$(strip $(ALL_MOBJS))" ""
# 取主目錄TOPDIR到當前目錄的路徑。
PDWN=$(shell $(CONFIG_SHELL) $(TOPDIR)/scripts/pathdown.sh)
endif

unexport MOD_DIRS
MOD_DIRS := $(MOD_SUB_DIRS) $(MOD_IN_SUB_DIRS)
# 編繹模組時,進入模組子目錄的方法。
ifneq "$(strip $(MOD_DIRS))" ""
.PHONY: $(patsubst %,_modsubdir_%,$(MOD_DIRS))
$(patsubst %,_modsubdir_%,$(MOD_DIRS)) : dummy
$(MAKE) -C $(patsubst _modsubdir_%,%,$@) modules
# 安裝模組時,進入模組子目錄的方法。
.PHONY: $(patsubst %,_modinst_%,$(MOD_DIRS))
$(patsubst %,_modinst_%,$(MOD_DIRS)) : dummy
$(MAKE) -C $(patsubst _modinst_%,%,$@) modules_install
endif

# make modules 的入口。
.PHONY: modules
modules: $(ALL_MOBJS) dummy \
$(patsubst %,_modsubdir_%,$(MOD_DIRS))

.PHONY: _modinst__
# 拷貝模組的過程。
_modinst__: dummy
ifneq "$(strip $(ALL_MOBJS))" ""
mkdir -p $(MODLIB)/kernel/$(PDWN)
cp $(ALL_MOBJS) $(MODLIB)/kernel/$(PDWN)
endif

# make modules_install 的入口,進入子目錄安裝。
.PHONY: modules_install
modules_install: _modinst__ \
$(patsubst %,_modinst_%,$(MOD_DIRS))

#
# A rule to do nothing
#
dummy:

#
# This is useful for testing
#
script:
$(SCRIPT)

#
# This sets version suffixes on exported symbols
# Separate the object into "normal" objects and "exporting" objects
# Exporting objects are: all objects that define symbol tables
#
ifdef CONFIG_MODULES
# list-multi列出那些由多個檔複合而成的模組;
# 從編繹檔表和模組檔表中過濾出複合模組名。
multi-used := $(filter $(list-multi), $(obj-y) $(obj-m))
# 取複合模組的構成表。
multi-objs := $(foreach m, $(multi-used), $($(basename $(m))-objs))
# 求出需進行編譯的總模組表。
active-objs := $(sort $(multi-objs) $(obj-y) $(obj-m))

ifdef CONFIG_MODVERSIONS
ifneq "$(strip $(export-objs))" ""
# 如果有需要進行版本化的檔。
MODINCL = $(TOPDIR)/include/linux/modules

# The -w option (enable warnings) for genksyms will return here in 2.1
# So where has it gone?
#
# Added the SMP separator to stop module accidents between uniprocessor
# and SMP Intel boxes - AC - from bits by Michael Chastain
#

ifdef CONFIG_SMP
genksyms_smp_prefix := -p smp_
else
genksyms_smp_prefix :=
endif
# 從原始檔案計算版本檔的規則。
$(MODINCL)/%.ver: %.c
@if [ ! -r $(MODINCL)/$*.stamp -o $(MODINCL)/$*.stamp -ot $< ]; then \ <> co ''''$(CC) $(CFLAGS) -E -D__GENKSY_&bp;$<''''; \ r eho ''''| $(GENKSYMS) $(genksyms_smp_prefix) -k
$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL) t&bp;$@.tmp''''; \
$(CC) $(CFLAGS) -E -D__GENKSYMS__ $< \
| $(GENKSYMS) $(genksyms_smp_prefix) -k
$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL) > $@.tmp; \
if [ -r $@ ] && cmp -s $@ $@.tmp; then echo $@ is unchanged; rm -f
$@.tmp; \
else echo mv $@.tmp $@; mv -f $@.tmp $@; fi; \
fi; touch $(MODINCL)/$*.stamp
#
將版本處理原始檔案的副檔名改為.ver,並加上完整的路徑名,它們依賴於autoconf.h?br>?br>$(addprefix $(MODINCL)/,$(export-objs:.o=.ver)):
$(TOPDIR)/include/linux/autoconf.h

# updates .ver files but not modversions.h
# 通過fastdep,逐個生成export-objs對應的版本檔。
fastdep: $(addprefix $(MODINCL)/,$(export-objs:.o=.ver))

# updates .ver files and modversions.h like before (is this needed?)
# make dep過程的入口
dep: fastdep update-modverfile

endif # export-objs

# update modversions.h, but only if it would change
# 刷新版本檔的過程。
update-modverfile:
@(echo "#ifndef _LINUX_MODVERSIONS_H";\
echo "#define _LINUX_MODVERSIONS_H"; \
echo "#include "; \
cd $(TOPDIR)/include/linux/modules; \
for f in *.ver; do \
if [ -f $$f ]; then echo "#include "; fi; \
done; \
echo "#endif"; \
) > $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp
@if [ -r $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h ] && cmp -s
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp; then \
echo $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h was not updated; \
rm -f $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp; \
else \
echo $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h was updated; \
mv -f $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h; \
fi
$(active-objs): $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h

else
# 如果沒有配置版本化,modversions.h的內容。
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h:
@echo "#include " > $@

endif # CONFIG_MODVERSIONS

ifneq "$(strip $(export-objs))" ""
# 版本化目標檔的編繹方法。
$(export-objs): $(export-objs:.o=.c) $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -DEXPORT_SYMTAB -c $(@:.o=.c)
@ ( \ $(CFLAGS_$@) -DEXPORT_SYMTAB)),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(CFLAGS)
$$(EXTRA_CFLAGS) $$(CFLAGS_$@)bp-EXPORT_SYMTAB)))'''' ; \
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
endif

endif # CONFIG_MODULES


#
# include dependency files if they exist
#
# 嵌入原始檔案之間的依賴關係。
ifneq ($(wildcard .depend),)
include .depend
endif
# 嵌入頭檔之間的依賴關係。
ifneq ($(wildcard $(TOPDIR)/.hdepend),)
include $(TOPDIR)/.hdepend
endif

#
# Find files whose flags have changed and force recompilation.
# For safety, this works in the converse direction:
# every file is forced, except those whose flags are positively
up-to-date.
#
# 已經更新過的檔列表。
FILES_FLAGS_UP_TO_DATE :=

# For use in expunging commas from flags, which mung our checking.
comma = ,
# 將當前目錄下所有flags檔嵌入。
FILES_FLAGS_EXIST := $(wildcard .*.flags)
ifneq ($(FILES_FLAGS_EXIST),)
include $(FILES_FLAGS_EXIST)
endif
# 將無需更新的檔從總的物件中刪除。
FILES_FLAGS_CHANGED := $(strip \
$(filter-out $(FILES_FLAGS_UP_TO_DATE), \
$(O_TARGET) $(L_TARGET) $(active-objs) \
))

# A&nb;lde: .S files don''''t get flag dependencies (yet),
# because that will involve changing a lot of Makefiles. Also
# suppress object files explicitly listed in $(IGNORE_FLAGS_OBJS).
# This allows handling of assembly files that get translated into
# multiple object files (see arch/ia64/lib/idiv.S, for example).
#
# 將由彙編檔生成的目件檔從FILES_FLAGS_CHANGED刪除。
FILES_FLAGS_CHANGED := $(strip \
$(filter-out $(patsubst %.S, %.o, $(wildcard *.S)
$(IGNORE_FLAGS_OBJS)), \
$(FILES_FLAGS_CHANGED)))
# 將FILES_FLAGS_CHANGED設為目標。
ifneq ($(FILES_FLAGS_CHANGED),)
$(FILES_FLAGS_CHANGED): dummy
endif

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