makefile.txt

makefile文件的理解

内核源码中的makefiles（不含动态生成的.flags文件）主要分为以下四类：

1. 主目录下的Makefile（不妨称为main-makefile）
它主要有两个作用：生成vmlinux（内核映像）和modules（模块）。

2. 主目录下的Rules.make
Rules.make中定义通用规则供main-makefile和subdir-makefiles调用。
变量subdir-y为用于构建vmlinux（内核）的目录，变量subdir-m为用于构建modules（模块）的目录；subdir-n和subdir-中的目录将不参加构建工作。
变量obj-y为内核的目标文件列表，在各subdir-y中会对其赋相应的值。如：lib/Makefile的第13-14行。变量obj-m为各模块的目标文件列表，在各subdir-m中会对其赋相应的值。如在drivers/Makefile中，在第13行对subdir-y赋值，并在第14行将此列表复制给subdir-m。从第17行开始对subdir-y和subdir-m进行补充，这两个列表的建立完成。obj-n和obj-中所有的目标将被忽略。

3. arch/*/目录下的Makefile（不妨称为arch-makefiles）
arch-makefiles是与特定的体系结构相关的，它们分别是针对特定CPU的makefiles。

4. 除arch外的子目录下的Makefile（不妨称为subdir-makefiles）
subdir -makefiles只负责在自己的目录中生成目标文件。它们接受来自上层Make传递下来的信息，并根据这些信息来构造一个需要编译的文件列表，并交由 Rules.make处理。subdir-makefiles都比较简短，因为通用的规则都已在Rules.make定义了。一般subdir- makefiles的主要工作是对obj-*或subdir-*变量赋值。

二、内核和模块构建的过程

　　下面分析内核编译的动态过程。

第一步：make ARCH=arm menuconfig
目标menuconfig的定义在main-makefile的第306行。main-makefile的第308行调用Menuconfig 工具（scripts/Menuconfig），让它根据arch/$(ARCH)/config.in文件的内容在主目录下生成.config文件供以后调用（main-makefile的第37行）。

第二步：make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- dep
include/linux/autoconf.h根据.config文件生成，其内容是若干#define和#undef宏。这些宏通知编译器哪些组件需要编译而哪些不需要，是编译进内核还是编译成模块。这两个文件中的变量是相互对应的。例如.config的第4行是：
CONFIG_ARM=y
这是编译进内核的情况。相应地，include/linux/autoconf.h的第5行是：
#define CONFIG_ARM 1
　　编译成模块的例子见.config的第216行：
CONFIG_BINFMT_AOUT=m
　　相应地，autoconf.h的第217和218行是：
#undef　CONFIG_BINFMT_AOUT
#define CONFIG_BINFMT_AOUT_MODULE 1

接下来main-makefile调用split-include工具（scripts/split-include.c）（main-makefile的第314行），分割解析autoconf.h并在include/config目录下生成相应的头文件。autoconf.h的路径通过第一个参数传递给 split-include（scripts/split-include.c的第71行）根据刚才提到的autoconf.h的第5行的内容， split-include工具会在include/config/目录下生成arm.h文件，其内容就是一行：
#define CONFIG_ARM 1

include/linux/config.h 的第4行嵌入了autoconf.h，而内核源码中很多c文件又嵌入这个config.h（例如kernel/printk.c的第28行），于是间接地嵌入了autoconf.h，可见config.h起到的是一个桥梁的作用。

在这一步骤中，makefile会调用mkdep工具（scripts/mkdep.c）生成两种包含依赖关系的文件：.hdepend和.depend。
.hdepend只有一个，在主目录下，它表示相应的头文件又依赖于哪些其它的头文件。.hdepend是在main-makefile的第496行执行后生成的。如果存在.hdepend文件，Rules.make会嵌入它（Rules.make第295-297行）。
.depend 文件有很多，它表示相应的目标文件依赖哪些源文件（*.c）和头文件（*.h）。主目录下的.depend文件是在main-makefile的第497 行执行后生成的。mkdep读取*.c文件，分析出其所依赖的文件。下面以mm/page_alloc.c举例。page_alloc.c的第15-23 行为（“…”表示省略）：
#include <linux/config.h>
#include <linux/mm.h>
…
#include <linux/module.h>
mkdep就会在mm/.depend中的第110-118行中写入：
page_alloc.o: page_alloc.c \
　 /usr/src/arm-linux/linux-roy/include/linux/mm.h \
　 …
　 /usr/src/arm-linux/linux-roy/include/linux/module.h \
但接下来的第119行和上面的写法有些不同：
$(wildcard /usr/src/arm-linux/linux-roy/include/config/discontigmem.h) \
　 这是因为page_alloc.c中的第244行的内容如下：
#ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
这需要判断discontigmem.h的存在性，而mm目录下的.depend文件的第119行正是起到了这样的作用（若存在则返回文件名，若不存在则返回空）
。
第三步：make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
目标clean在main-makefile的第444-449行定义，它所清除文件的文件和目录列表（CLEAN_FILES和CLEAN_DIRS）在203-229行被赋值。 

第四步：make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- zImage
make zImage 执行后会生成一个用gzip压缩过的内核。对于arm类型的CPU，目标zImage是在arch/arm/boot/Makefile的第146行定义的。它依赖于compressed/vmlinux。而在第152行，又说明了compressed/vmlinux依赖于主目录下的vmlinux。它的生成规则在main-makefile的第281-289行：
vmlinux: include/linux/version.h $(CONFIGURATION) init/main.o init/version.o \
init/do_mounts.o linuxsubdirs
　　$(LD) $(LINKFLAGS) $(HEAD) init/main.o init/version.o init/do_mounts.o \
　　　　--start-group \
　　　　$(CORE_FILES) \
　　　　$(DRIVERS) \
　　　　$(NETWORKS) \
　　　　$(LIBS) \
　　　　--end-group \
　　　　-o vmlinux
ZLDFLAGS 是在arch/arm/boot/Makefile的第14行定义的。如果我们指定CROSS_COMPILE 为arm-linux-，则LD为arm -linux-ld（main-makefile的第29行）。LINKFLAGS在arch/arm/Makefile的第10行定义：
LINKFLAGS　　:=-p -X -T arch/arm/vmlinux.lds
　　它指定了链接脚本为arch/arm/vmlinux.lds。

make 从主目录Makefile开始执行，从中获得与体系结构无关的变量和依赖关系，并同时从arch-makefiles中获得体系特定的变量等信息，这些信息继承并扩展了主目录Makefile提供的变量。先是所有通过“:=”赋值的变量在这个过程中被赋值，然后是所有通过“=”赋值的变量被赋值（实际上类似于宏替换）。然后，main-makefile向下递归调用子目录中的Makefile，把部分变量传递给子目录Makefile。此时构建内核需要的子目录Makefile根据配置信息决定编译哪些源文件，从而构建出一个需要编译的文件列表。在make zImage的时候make会递归进入列表 subdir-y里的目录，根据其定义的编译规则决定这些文件的编译方式。然后，make会根据依赖关系树执行命令，编译生成一系列的目标文件，最后根据 vmlinux的生成规则（main-makefile的第281-289行），通过链接脚本把这些目标文件链接成vmlinux（例如 arch/arm/Makefile第267行）。

第五步：make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- modules
　　make module用于生成内核模块（modules），它的规则在main-makefile的388-389行定义。在make modules的时候make会递归进入列表subdir-m里的目录。
vmlinux:
　　第六步：make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- INSTALL_MOD_PATH=<root fs>modules_install
　　make module用于安装内核模块，它的规则在main-makefile的396行定义。

三、几点说明

main-makefile的第37行是：
MAKEFILES　　= $(TOPDIR)/.config
　　MAKEFILES是一个环境变量，如果你的当前环境中定义了MAKEFILES，那么，make会把这个变量中的值做一个类似于include的动作。这个变量中的值是其它的Makefile，用空格分隔。只是，它和include 不同的是，从这个环境变中引入的Makefile 中的目标不会起作用，如果环境变量中定义的文件发现错误，make 也会忽略。子目录中的Makefile与Rules.make都没有嵌入.config文件，它们就是通过main-makefile向下传递MAKEFILES变量得到相关信息的。

　　在main-makefile的第48-67行所完成的工作是这样的：首先all被定义为第一个目标，然后在55-58行判断.config文件和.depend文件的存在性，如果存在就包含进来。如果.config文件不存在，则把do-it-all设为config（第66行）。目标conifg在第310行定义。如果.config文件存在而. depend文件不存在，则把do-it-all设为depend（第62行）。目标depend在第506行定义。在执行make后，主目录下会生成配置文件.config（如果原来存在.config文件，则被更名为.config.old）。
　　
makemrproper用于重新构建内核，它做的清除工作比make clean更加彻底：除了做makeclean的工作外，还要删除.config，.depend等文件，把核心源码恢复到最原始的状态。它在main-makefile的第451-455行定义，它所清除文件的文件和目录列表（MRPROPER_FILES和 MRPROPER_DIRS）在232-256行被赋值。

递归的make 必须使用MAKE变量，而不是直接用make 命令。如main-makefile的第279行：
@$(MAKE) CFLAGS="$(CFLAGS) $(CFLAGS_KERNEL)" -C arch/$(ARCH)/boot
当使用“-C”参数来make下层Makefile时，“-w”参数就会被自动打开，即在处理makefile
之前和之后，显示工作目录，所以在make的时候会看到屏幕上反复出现Entering directory[some dir]和Leaving directory [some dir]。

　　一对反引号（`）的作用相当于shell函数，里面的内容是系统shell命令（例如main-make的第496行）。

如果在编译的第一步用的是xconfig，则可以参见第302行的定义。在xconfig中，会使用wish程序调用scripts目录下的tk脚本形成图形界面供用户配置。

在编译的第二步中，为什么要通过mkdep和split-include工具，而不是通过gcc加上-MM参数来建立依赖关系呢？上文提到过，很多c源文件都会通过linux/config.h而嵌入autoconf.h，如果按照通常方法建立文件依赖关系(.depend)，只要更新过 autoconf.h，就会造成所有源代码的重新编译。为了优化make过程，减少不必要的重新编译，linux开发了专用的mkdep工具，用它来生成.depend文件。配置内核时，split-include会检查旧的子文件的内容，确定是不是要更新它们。这样，不管autoconf.h修改日期如何，只要其配置不变，make就不会重新编译内核。

Rules.make把当前目录下所有的目标文件称为O_TARGET，它的生成规则在第96-102行，最终生成一系列的.o文件；把当前目录下所有的库文件称为L_TARGET，它的生成规则在第114-116行，最终生成一系列的.a文件。注意第62-65行、第104-107行、118-121行、279-282行和304-317行实现了一种增量编译的机制。make每编译一个源文件时会生成一个.flags文件。例如编译mm/swap.c时，会在相同的目录下生成.swap.o.flags文件。它本质上也是 Makefile文件，其代码的功能是测试当前的编译选项与上次相比是否作过改动，若改动过就将自己对应的目标文件加入 FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表。生成这个文件是供下一次编译用的。下次编译时，当make进入某个子目录，会搜索其中的.flags 文件，如果存在则将它们嵌入（第309-312行）。Make会得到FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表，它的内容是不需要更新的目标。于是，系统从编译对象表中删除它们，从而得到FILES_FLAGS_CHANGED列表（第314-317行），这个列表的内容就是需要更新的目标。

　　Main-makefile的第281-289行起定义vmlinux的生成（链接）规则。vmlinux 是由 HEAD、main.o、 version.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS 和 LIBS 组成的。其中，CORE_FILES、NETWORKS、 DRIVERS 和LIBS在main-makefile中定义，由 arch-makefiles扩充。而HEAD在arch-makefiles 中定义（例如arch/arm/Makefile的第193行）。HEAD列表中的目标文件需要最先被链接到 vmlinux 中。
　　链接脚本（*.lds文件）是通过*.lds.in文件生成的，对于arm，就是vmlinux-armo.lds.in。arch/arm/Makefile的第269-274行定义了.lds的生成规则。vmlinux-armo.lds.in实际上是一个链接脚本模板，只不过相关参数没有确定。 arch/arm/Makefile的第274行就是完成“填空”工作（为TEXTADDR、DATAADDR等赋上具体的值），并把完整的信息保存到 arch/arm/vmlinux.lds中。 
 
一、Makefile 初探

Linux的内核配置文件有两个，一个是隐含的.config文件，嵌入到主Makefile中；另一个是include/linux/autoconf.h，嵌入到各个c源文件中，它们由make config、make menuconfig、make xconfig这些过程创建。

几乎所有的源文件都会通过linux/config.h而嵌入autoconf.h，如果按照通常方法建立文件依赖关系(.depend)，只要更新过autoconf.h，就会造成所有源代码的重新编绎。

为了优化make过程，减少不必要的重新编绎，Linux开发了专用的mkdep工具，用它来取代gcc来生成.depend文件。mkdep在处理源文件时，忽略linux/config.h这样的头文件，识别源文件宏指令中具有＂CONFIG_＂特征的行。

例如，如果有＂#ifdef CONFIG_SMP＂这样的行，它就会在.depend文件中输出$(wildcard /usr/src/linux/include/config/smp.h)。

include/config/下的文件是另一个工具split-include从autoconf.h中生成，它利用autoconf.h中的CONFIG_标记，生成与mkdep相对应的文件。例如，如果autoconf.h中有＂#undef CONFIG_SMP＂这一行，它就生成include/config/smp.h文件，内容为＂#undef CONFIG_SMP＂。这些文件名只在.depend文件中出现，内核源文件是不会嵌入它们的。

每配置一次内核，运行split-include一次。split-include会检查旧的子文件的内容，确定是不是要更新它们。这样，不管autoconf.h修改日期如何，只要其配置不变，make就不会重新编绎内核。

如果系统的编绎选项发生了变化，Linux也能进行增量编绎。为了做到这一点，make每编绎一个源文件时生成一个flags文件。例如编绎sched.c时，会在相同的目录下生成隐含的.sched.o.flags文件。它是Makefile的一个片断，当make进入某个子目录编绎时，会搜索其中的flags文件，将它们嵌入到Makefile中。

这些flags代码测试当前的编绎选项与原来的是不是相同，如果相同，就将自已对应的目标文件加入FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表，然后，系统从编绎对象表中删除它们，得到FILES_FLAGS_CHANGED列表，最后，将它们设为目标进行更新。

下一步准备逐步深入的剖析Makefile代码。
二、Makefile解读: sub-make

Linux各级内核源代码的子目录下都有Makefile，大多数Makefile要嵌入主目录下的Rule.make，Rule.make将识别各个Makefile中所定义的一些变量。变量obj-y表示需要编绎到内核中的目标文件名集合，定义O_TARGET表示将obj-y连接为一个O_TARGET名称的目标文件，定义L_TARGET表示将obj-y合并为一个L_TARGET名称的库文件。同样obj-m表示需要编绎成模块的目标文件名集合。

如果还需进行子目录make，则需要定义subdir-y和subdir-m。在Makefile中，用＂obj-$(CONFIG_BINFMT_ELF) += binfmt_elf.o＂和＂subdir-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2＂这种形式自动为obj-y、obj-m、subdir-y、subdir-m添加文件名。有时，情况没有这么单纯，还需要使用条件语句个别对待。Makefile中还有其它一些变量，如mod-subdirs定义了subdir-m以外的所有模块子目录。

Rules.make是如何使make进入子目录的呢?

先来看subdir-y是如何处理的，在Rules.make中，先对subdir-y中的每一个文件名加上前缀＂_subdir_＂再进行排序生成subdir-list集合，再以它作为目标集，对其中每一个目标产生一个子make，同时将目标名的前缀去掉得到子目录名，作为子make的起始目录参数。subdir-m与subdir-y类似，但情况稍微复杂一些。

由于subdir-y中可能有模块定义，因此利用mod-subdirs变量将subdir-y中模块目录提取出来，再与subdir-m合成一个大的MOD_SUB_DIRS集合。subdir-m的目标所用的前缀是＂_modsubdir_＂。

一点说明，子目录中的Makefile与Rules.make都没有嵌入.config文件，它是通过主Makefile向下传递MAKEFILES变量完成的。MAKEFILES是make自已识别的一个变量，在执行新的Makefile之前，make会首先加载MAKEFILES所指的文件。在主Makefile中它即指向.config。

三、模块的版本化处理

模块的版本化是内核与模块接口之间进行严格类型匹配的一种方法。当内核配置了CONFIG_MODVERSIONS之后，make dep操作会在include/linux/modules/目录下为各级Makefile中export-objs变量所对应的源文件生成扩展名为.ver的文件。

例如对于kernel/ksyms.c，make用以下命令生成对应的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宏不进行扩展。genksyms命令识别EXPORT_SYMBOL()中的函数名和对应的原型，再根据其原型计算出该函数的版本号。例如ksyms.c中有一行： 
EXPORT_SYMBOL(kmalloc);
kmalloc原型是： 
void *kmalloc(size_t, int);
genksyms程序对应的输出为： 
#define __ver_kmalloc 93d4cfe6 
#define kmalloc _set_ver(kmalloc)
在内核符号表和模块中，kmalloc将变成kmalloc_R93d4cfe6。在生成完所有的.ver文件后，make将重建include/linux/modversions.h文件，它包含一系列#include指令行嵌入各个.ver文件。 
在编绎内核本身export-objs中的文件时，make会增加一个＂-DEXPORT_SYMTAB＂编绎标志，它使源文件嵌入modversions.h文件，将EXPORT_SYMBOL宏展开中的函数名字符串进行版本名扩展；同时，它也定义_set_ver()宏为一空操作，使代码中的函数名不受其影响。 
在编绎模块时，make会增加＂-include=linux/modversion.h -DMODVERSIONS＂编绎标志，使模块中代码的函数名得到相应版本扩展。 
由于生成.ver文件比较费时，make还为每个.ver创建了一个后缀为.stamp时戳文件。在make dep时，如果其.stamp文件比源文件旧才重新生成.ver文件，否则只是更新.stamp文件时戳。另外，在生成.ver和modversions.h文件时，make都会比较新文件和旧文件的内容，保持它们修改时间为最旧。 
四、Rules.make的注释 
[code:1:974578564b] 
# 
# This file contains rules which are shared between multiple Makefiles. 
# 

# 
# False targets. 
# 
#  
.PHONY: dummy  

# 
# Special variables which should not be exported 
# 
# 取消这些变量通过环境向make子进程传递。 
unexport EXTRA_AFLAGS 
# as 的开关 
unexport EXTRA_CFLAGS 
# cc 的开关 
unexport EXTRA_LDFLAGS 
# ld 的开关 
unexport EXTRA_ARFLAGS 
# ar 的开关 
unexport SUBDIRS 
#  
unexport SUB_DIRS 
# 编绎内核需进入的子目录，
等于subdir-y 
unexport ALL_SUB_DIRS 
# 所有的子目录 
unexport MOD_SUB_DIRS 
# 编绎模块需进入的子目录 
unexport O_TARGET 
# ld合并的输出对象 
unexport ALL_MOBJS
# 所有的模块名 

unexport obj-y 
# 编绎成内核的文件集 
unexport obj-m 
# 编绎成模块的文件集 
unexport obj-n 
#  
unexport obj- 
#  
unexport export-objs 
# 需进行版本处理的文件集 
unexport subdir-y 
# 编绎内核所需进入的子目录 
unexport subdir-m 
# 编绎模块所需进入的子目录 
unexport subdir-n 
unexport subdir- 

# 
# Get things started. 
# 
first_rule: sub_dirs 
$(MAKE) all_targets 
# 在内核编绎子目录中过滤出
可以作为模块的子目录。 
both-m          
:= $(filter $(mod-subdirs), 
$(subdir-y))  
SUB_DIRS := $(subdir-y) 
# 求出总模块子目录 
MOD_SUB_DIRS := 
$(sort $(subdir-m)
$(both-m)) 
# 求出总子目录 
ALL_SUB_DIRS := $(sort 
$(subdir-y) $(subdir-m)
$(subdir-n) $(subdir-)) 
# 
# Common rules 
#