Makefile 初探
2024-07-21 02:36:01
供稿：网友
作者：jkl
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，假如按照通常方法建立文件依靠关系(.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，假如有＂#ifdef CONFIG_SMP＂这样的行，它就会在.depend文件中输出$(wildcard /usr/src/linux/include/config/smp.h)。
include/config/下的文件是另一个工具split-include从autoconf.h中生成，它利用autoconf.h中的CONFIG_标记，生成与mkdep相对应的文件。例如，假如autoconf.h中有＂#undef CONFIG_SMP＂这一行，它就生成include/config/smp.h文件，内容为＂#undef CONFIG_SMP＂。这些文件名只在.depend文件中出现，内核源文件是不会嵌入它们的。每配置一次内核，运行split-include一次。split-include会检查旧的子文件的内容，确定是不是要更新它们。这样，不管autoconf.h修改日期如何，只要其配置不变，make就不会重新编绎内核。
假如系统的编绎选项发生了变化，Linux也能进行增量编绎。为了做到这一点，make每编绎一个源文件时生成一个flags文件。例如编绎sched.c时，会在相同的目录下生成隐含的.sched.o.flags文件。它是Makefile的一个片断，当make进入某个子目录编绎时，会搜索其中的flags文件，将它们嵌入到Makefile中。这些flags代码测试当前的编绎选项与原来的是不是相同，假如相同，就将自已对应的目标文件加入FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表，然后，系统从编绎对象表中删除它们，得到FILES_FLAGS_CHANGED列表，最后，将它们设为目标进行更新。
下一步预备逐步深入的剖析Makefile代码。
Makefile解读之二: sub-make
Linux各级内核源代码的子目录下都有Makefile，大多数Makefile要嵌入主目录下的Rule.make，Rule.make将识别各个Makefile中所定义的一些变量。变量obj-y表示需要编绎到内核中的目标文件名集合，定义O_TARGET表示将obj-y连接为一个O_TARGET名称的目标文件，定义L_TARGET表示将obj-y合并为一个L_TARGET名称的库文件。同样obj-m表示需要编绎成模块的目标文件名集合。假如还需进行子目录make，则需要定义subdir-y和subdir-m。在Makefile中，用＂obj-$(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。
Makefile解读之三: 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，假如其.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。
Makefile解读之四： Rules.make的注释
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代码:
#
# 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) $(subdir-))
#
# Common rules
#
# 将c文件编绎成汇编文件的规则，$@为目标对象。
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -S $< -o $@
# 将c文件生成预处理文件的规则。
%.i: %.c
$(CPP) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) $< > $@
# 将c文件编绎成目标文件的规则，$<为第一个所依靠的对象；
#
在目标文件的目录下生成flags文件，strip删除多余的空格，subst将逗号替换成冒号
。
%.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 'FILES_FLAGS_UP_TO_DATE += $@' ; /
echo 'endif' /
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
# 汇编文件生成目标文件的规则。
%.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
# 汇编文件生成预处理文件的标准规则。
%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) $(EXTRA_AFLAGS) $(AFLAGS_$@) $< > $@
# 汇编文件生成目
