linux-2.6.22.6內核啟動分析之Makefile文件

學習目標

分析Makefile文件，瞭解內核中的哪些文件被編譯，如何被編譯，連接時順序如何確定！

Linux內核源碼中包含很多的Makefile文件，這些Makefile文件又包含其它的一些文件，比如配置信息、通用規則等等。我們可以把內核中的Makefile文件分為5類，如下表所示：

執行make uImage命令時內核最終被編譯，所以要分析內核Makefile文件關係，把目標uImage作為分析的入手點最為合適。打開頂層Makefile文件，在頂層Makefile文件中查找目標uImage的依賴關係，結果發現在頂層Makefile文件中不能直接找到目標uImage的依賴。雖然在頂層Makefile文件中沒有直接找到目標uImage的依賴關係，但我們執行make uImage命令時內核被編譯，所以我們可以推測目標uImage肯定是在其它目錄下的Makefile中定義，並且這個目錄下的Makefile文件被頂層的Makefile文件所包含。查找其它目錄下的Makefile文件，最終在arch/arm目錄下Makefile文件中找到目標uImage的依賴關係，代碼如下：

227 zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux                            #來源於arch/arm目錄下的Makefile文件
228     $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@

為了驗證上面推測是否正確，我們在頂層Makefile中搜索"include"字元，找到頂層Makefile中所有包含文件。通過篩選後找到下麵所示代碼：

413 include $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefile                                    #來源於頂層Makefile中文件
414 export KBUILD_DEFCONFIG
........
185 #ARCH        ?= $(SUBARCH)
186 ARCH        ?= arm
187 CROSS_COMPILE    ?= arm-linux-

上述代碼$(srctree)=源碼根目錄、$(ARCH)=arm，include $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefile就表示頂層Makefile包含arch/arm目錄下Makefile，由此可見前面我們的推測是正確的。

 從上面227行代碼中可以發現，目標uImage依賴於vmlinux。uImage文件有兩部分組成，頭部和真正內核部分，要獲得uImage文件必須先編譯出內核，也就是先生成vmlinux文件，最後根據vmlinux文件生成uImage文件。下麵我們還要找出vmlinux的依賴關係，在頂層Makefile中找到vmlinux的依賴關係如下代碼：

745 vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o) FORCE                             #來源於頂層的Makefile

可以看出vmlinux生成依賴於$(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o)，因此為了進一步分析，我們要分別找出$(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o)變數代表的內容，並對變數所代表內容進行一一展開。

608 vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)                                           #來源於頂層Makefile文件
94  head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o         #來源於arch/arm目錄下的Makefile文件
443 init-y := init/                                                               #來源於頂層Makefile文件
573 init-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y))                             #來源於頂層Makefile文件

第94行$(MMUEXT)內容為空，head$(MMUEXT).o就是head.o， head-y := arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o

第573行$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text> ) 是一個Makefile函數，查找<text>中的單詞是否符合模式<pattern>，如果匹配的話，則以<replacement>替換。這裡，<pattern>可以包括通配符“%”，表示任意長度的字串。如果<replacement>中也包含“%”，那麼，<replacement>中的這個“%”將是<pattern>中的那個“%”所代表的字串。init-y :=init/built-in.o

第608行將$(head-y) $(init-y)用94行和573行分析結果替換，可以得到vmlinux-init :=arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o init/built-in.o

609 vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)                     #來源於頂層Makefile文件
438 core-y := usr/                                                                #來源於頂層Makefile文件
562 core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/                       #來源於頂層Makefile文件
574 core-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))                             #來源於頂層Makefile文件

437 libs-y := lib/                                                                #來源於頂層Makefile文件
577 libs-y1 := $(patsubst %/, %/lib.a, $(libs-y))                                 #來源於頂層Makefile文件
578 libs-y2 := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))                            #來源於頂層Makefile文件
579 libs-y := $(libs-y1) $(libs-y2)                                               #來源於頂層Makefile文件

435 drivers-y := drivers/ sound/                                                  #來源於頂層Makefile文件
575 drivers-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y))                       #來源於頂層Makefile文件

436 net-y := net/                                                                 #來源於頂層Makefile文件
576 net-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y))                               #來源於頂層Makefile文件

結合438行和562行，574行，第574行core-y := kernel/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/built-in.o security/built-in.o crypto/built-in.o block/built-in.o

結合437行、577行和578行，第579行libs-y := lib/lib.a lib/built-in.o

結合435行，第575行drivers-y := drivers/built-in.o sound/built-in.o

結合436行，第576行net-y :=net/built-in.o

第609行將$(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)用574行、579行、575行和576分析結果替換，可以得到vmlinux-main :=kernel/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/built-in.o security/built-in.o crypto/built-in.o block/built-in.o lib/lib.a lib/built-in.o drivers/built-in.o sound/built-in.o net/built-in.o

610 vmlinux-all  := $(vmlinux-init) $(vmlinux-main)

結合608行和609行分析結果，將610行$(vmlinux-init) $(vmlinux-main)替換，可以得到vmlinux-all :=arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o init/built-in.o kernel/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/built-in.o security/built-in.o crypto/built-in.o block/built-in.o lib/lib.a lib/built-in.o drivers/built-in.o sound/built-in.o net/built-in.o

以上介紹了構成內核的原材料，但它們怎樣組合編譯、連接成為內核，我們還要去看vmlinux依賴文件下執行的命令

745 vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o) FORCE           #頂層Makefile文件
746 ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK
747     $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check
748 endif
749    $(call if_changed_rule,vmlinux__)
759    $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $@
751    $(Q)rm -f .old_version

我們可以通過分析上面命令得到編譯過程以及生成的一些文件，但上面命令涉及很多函數、腳本，實在太過龐大，沒有那麼多精力去這樣做。這時可以通過另一種方法直接編譯內核，先通過rm vmlinux命令刪去之前執行make uImage生成的vmlinux，再執行make uImage V=1查看更加詳細編譯過程，連接命令如下圖所示：

 圖中vmlinux為連接輸出結果，arch/arm/kernel/vmlinux.lds為連接腳本，後面的一些內容為連接的原材料，這些原材料和我們上面分析的原材料也基本一一對應。

總結：

1、頂層Makefile和arch/$(ARCH)/Makefile決定根目錄下哪些子目錄、arch/$(ARCH)目錄下哪些文件和目錄被編進內核，最後，各級子目錄下的Makefile決定所在目錄下哪些文件將被編進內核，哪些文件被編成模塊，進入哪些子目錄繼續調用它們的Makefile。

2、通過分析得到了編譯內核的連接腳本是arch/arm/kernel/vmlinux.lds，第一個文件是arch/arm/kernel/head.S，後續分析內核啟動時，第一個文件arch/arm/kernel/head.S將是分析入手點。