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探索Linux内核:Kconfig/kbuild的秘密

发布时间:2019-08-17 04:23:51 所属栏目:Windows 来源:Cao Jin
导读:深入理解 Linux 配置/构建系统是如何工作的。 自从 Linux 内核代码迁移到 Git 以来,Linux 内核配置/构建系统(也称为 Kconfig/kbuild)已存在很长时间了。然而,作为支持基础设施,它很少成为人们关注的焦点;甚至在日常工作中使用它的内核开发人员也从未
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探索Linux内核:Kconfig/kbuild的秘密

深入理解 Linux 配置/构建系统是如何工作的。

自从 Linux 内核代码迁移到 Git 以来,Linux 内核配置/构建系统(也称为 Kconfig/kbuild)已存在很长时间了。然而,作为支持基础设施,它很少成为人们关注的焦点;甚至在日常工作中使用它的内核开发人员也从未真正思考过它。

为了探索如何编译 Linux 内核,本文将深入介绍 Kconfig/kbuild 内部的过程,解释如何生成 .config 文件和 vmlinux/bzImage 文件,并介绍一个巧妙的依赖性跟踪技巧。

Kconfig

构建内核的第一步始终是配置。Kconfig 有助于使 Linux 内核高度模块化和可定制。Kconfig 为用户提供了许多配置目标:

我认为 menuconfig 是这些目标中最受欢迎的。这些目标由不同的主程序host program处理,这些程序由内核提供并在内核构建期间构建。一些目标有 GUI(为了方便用户),而大多数没有。与 Kconfig 相关的工具和源代码主要位于内核源代码中的 scripts/kconfig/ 下。从 scripts/kconfig/Makefile 中可以看到,这里有几个主程序,包括 confmconfnconf。除了 conf 之外,每个都负责一个基于 GUI 的配置目标,因此,conf 处理大多数目标。

从逻辑上讲,Kconfig 的基础结构有两部分:一部分实现一种新语言来定义配置项(参见内核源代码下的 Kconfig 文件),另一部分解析 Kconfig 语言并处理配置操作。

大多数配置目标具有大致相同的内部过程(如下所示):

探索Linux内核:Kconfig/kbuild的秘密

请注意,所有配置项都具有默认值。

第一步读取源代码根目录下的 Kconfig 文件,构建初始配置数据库;然后它根据如下优先级读取现有配置文件来更新初始数据库:

  1. .config
  2. /lib/modules/$(shell,uname -r)/.config
  3. /etc/kernel-config
  4. /boot/config-$(shell,uname -r)
  5. ARCH_DEFCONFIG
  6. arch/$(ARCH)/defconfig

如果你通过 menuconfig 进行基于 GUI 的配置或通过 oldconfig 进行基于命令行的配置,则根据你的自定义更新数据库。最后,该配置数据库被转储到 .config 文件中。

.config 文件不是内核构建的最终素材;这就是 syncconfig 目标存在的原因。syncconfig曾经是一个名为 silentoldconfig 的配置目标,但它没有做到其旧名称所说的工作,所以它被重命名。此外,因为它是供内部使用的(不适用于用户),所以它已从上述列表中删除。

以下是 syncconfig 的作用:

探索Linux内核:Kconfig/kbuild的秘密

syncconfig.config 作为输入并输出许多其他文件,这些文件分为三类:

  • auto.conftristate.conf 用于 makefile 文本处理。例如,你可以在组件的 makefile 中看到这样的语句:obj-$(CONFIG_GENERIC_CALIBRATE_DELAY) += calibrate.o
  • autoconf.h 用于 C 语言的源文件。
  • include/config/ 下空的头文件用于 kbuild 期间的配置依赖性跟踪。下面会解释。

配置完成后,我们将知道哪些文件和代码片段未编译。

kbuild

组件式构建,称为递归 make,是 GNU make 管理大型项目的常用方法。kbuild 是递归 make 的一个很好的例子。通过将源文件划分为不同的模块/组件,每个组件都由其自己的 makefile 管理。当你开始构建时,顶级 makefile 以正确的顺序调用每个组件的 makefile、构建组件,并将它们收集到最终的执行程序中。

kbuild 指向到不同类型的 makefile:

  • Makefile 位于源代码根目录的顶级 makefile。
  • .config 是内核配置文件。
  • arch/$(ARCH)/Makefile 是架构的 makefile,它用于补充顶级 makefile。
  • scripts/Makefile.* 描述所有的 kbuild makefile 的通用规则。
  • 最后,大约有 500 个 kbuild makefile。

顶级 makefile 会将架构 makefile 包含进去,读取 .config 文件,下到子目录,在 scripts/ Makefile.* 中定义的例程的帮助下,在每个组件的 makefile 上调用 make,构建每个中间对象,并将所有的中间对象链接为 vmlinux。内核文档 Documentation/kbuild/makefiles.txt 描述了这些 makefile 的方方面面。

作为一个例子,让我们看看如何在 x86-64 上生成 vmlinux

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vmlinux overview

(此插图基于 Richard Y. Steven 的博客。有过更新,并在作者允许的情况下使用。)

进入 vmlinux 的所有 .o 文件首先进入它们自己的 built-in.a,它通过变量KBUILD_VMLINUX_INITKBUILD_VMLINUX_MAINKBUILD_VMLINUX_LIBS 表示,然后被收集到 vmlinux 文件中。

(编辑:温州站长网)

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