Makefile 初探
2024-07-21 02:36:01
供稿：網友
作者：jkl
linux的內核配置文件有兩個，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源文件中，它們由make config、make menUConfig、make xconfig這些過程創建。 幾乎所有的源文件都會通過linux/config.h而嵌入autoconf.h，假如按照通常方法建立文件依靠關系(.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在處理源文件時，忽略linux/config.h這樣的頭文件，識別源文件宏指令中具有＂CONFIG_＂特征的行。例如，假如有＂#ifdef CONFIG_SMP＂這樣的行，它就會在.depend文件中輸出$(wildcard /usr/src/linux/include/config/smp.h)。
include/config/下的文件是另一個工具split-include從autoconf.h中生成，它利用autoconf.h中的CONFIG_標記，生成與mkdep相對應的文件。例如，假如autoconf.h中有＂#undef CONFIG_SMP＂這一行，它就生成include/config/smp.h文件，內容為＂#undef CONFIG_SMP＂。這些文件名只在.depend文件中出現，內核源文件是不會嵌入它們的。每配置一次內核，運行split-include一次。split-include會檢查舊的子文件的內容，確定是不是要更新它們。這樣，不管autoconf.h修改日期如何，只要其配置不變，make就不會重新編繹內核。
假如系統的編繹選項發生了變化，Linux也能進行增量編繹。為了做到這一點，make每編繹一個源文件時生成一個flags文件。例如編繹sched.c時，會在相同的目錄下生成隱含的.sched.o.flags文件。它是Makefile的一個片斷，當make進入某個子目錄編繹時，會搜索其中的flags文件，將它們嵌入到Makefile中。這些flags代碼測試當前的編繹選項與原來的是不是相同，假如相同，就將自已對應的目標文件加入FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表，然后，系統從編繹對象表中刪除它們，得到FILES_FLAGS_CHANGED列表，最后，將它們設為目標進行更新。
下一步預備逐步深入的剖析Makefile代碼。
Makefile解讀之二: sub-make
Linux各級內核源代碼的子目錄下都有Makefile，大多數Makefile要嵌入主目錄下的Rule.make，Rule.make將識別各個Makefile中所定義的一些變量。變量obj-y表示需要編繹到內核中的目標文件名集合，定義O_TARGET表示將obj-y連接為一個O_TARGET名稱的目標文件，定義L_TARGET表示將obj-y合并為一個L_TARGET名稱的庫文件。同樣obj-m表示需要編繹成模塊的目標文件名集合。假如還需進行子目錄make，則需要定義subdir-y和subdir-m。在Makefile中，用＂obj-$(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添加文件名。有時，情況沒有這么單純，還需要使用條件語句個別對待。Makefile中還有其它一些變量，如mod-subdirs定義了subdir-m以外的所有模塊子目錄。
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中的每一個文件名加上前綴＂_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，同時將目標名的前綴去掉得到子目錄名，作為子make的起始目錄參數。subdir-m與subdir-y類似，但情況稍微復雜一些。由于subdir-y中可能有模塊定義，因此利用mod-subdirs變量將subdir-y中模塊目錄提取出來，再與subdir-m合成一個大的MOD_SUB_DIRS集合。subdir-m的目標所用的前綴是＂_modsubdir_＂。
一點說明，子目錄中的Makefile與Rules.make都沒有嵌入.config文件，它是通過主Makefile向下傳遞MAKEFILES變量完成的。MAKEFILES是make自已識別的一個變量，在執行新的Makefile之前，make會首先加載MAKEFILES所指的文件。在主Makefile中它即指向.config。
Makefile解讀之三: 模塊的版本化處理
模塊的版本化是內核與模塊接口之間進行嚴格類型匹配的一種方法。當內核配置了CONFIG_MODVERSIONS之后，make dep操作會在include/linux/modules/目錄下為各級Makefile中eXPort-objs變量所對應的源文件生成擴展名為.ver的文件。
例如對于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程序對應的輸出為：
#define __ver_kmalloc 93d4cfe6
#define kmalloc _set_ver(kmalloc)
在內核符號表和模塊中，kmalloc將變成kmalloc_R93d4cfe6。
在生成完所有的.ver文件后，make將重建include/linux/modversions.h文件，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中的文件時，make會增加一個＂-DEXPORT_SYMTAB＂編繹標志，它使源文件嵌入modversions.h文件，將EXPORT_SYMBOL宏展開中的函數名字符串進行版本名擴展；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。
在編繹模塊時，make會增加＂-include=linux/modversion.h -DMODVERSIONS＂編繹標志，使模塊中代碼的函數名得到相應版本擴展。
由于生成.ver文件比較費時，make還為每個.ver創建了一個后綴為.stamp時戳文件。在make dep時，假如其.stamp文件比源文件舊才重新生成.ver文件，否則只是更新.stamp文件時戳。另外，在生成.ver和modversions.h文件時，make都會比較新文件和舊文件的內容，保持它們修改時間為最舊。
Makefile解讀之四： Rules.make的注釋
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代碼:
#
# This file contains rules which are shared between multiple Makefiles.
#
#
# False targets.
#
#
.PHONY: dummy
#
# Special variables which should not be exported
#
# 取消這些變量通過環境向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，等于subdir-y
unexport ALL_SUB_DIRS # 所有的子目錄
unexport MOD_SUB_DIRS # 編繹模塊需進入的子目錄
unexport O_TARGET # ld合并的輸出對象
unexport ALL_MOBJS # 所有的模塊名
unexport obj-y # 編繹成內核的文件集
unexport obj-m # 編繹成模塊的文件集
unexport obj-n #
unexport obj- #
unexport export-objs # 需進行版本處理的文件集
unexport subdir-y # 編繹內核所需進入的子目錄
unexport subdir-m # 編繹模塊所需進入的子目錄
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塊的子目錄。
both-m := $(filter $(mod-subdirs), $(subdir-y))
SUB_DIRS := $(subdir-y)
# 求出總模塊子目錄
MOD_SUB_DIRS := $(sort $(subdir-m) $(both-m))
# 求出總子目錄
ALL_SUB_DIRS := $(sort $(subdir-y) $(subdir-m) $(subdir-n) $(subdir-))
#
# Common rules
#
# 將c文件編繹成匯編文件的規則，$@為目標對象。
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -S $< -o $@
# 將c文件生成預處理文件的規則。
%.i: %.c
$(CPP) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) $< > $@
# 將c文件編繹成目標文件的規則，$<為第一個所依靠的對象；
#
在目標文件的目錄下生成flags文件，strip刪除多余的空格，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 'FILES_FLAGS_UP_TO_DATE += $@' ; /
echo 'endif' /
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
# 匯編文件生成目標文件的規則。
%.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
# 匯編文件生成預處理文件的標準規則。
%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) $(EXTRA_AFLAGS) $(AFLAGS_$@) $< > $@
# 匯編文件生成目
