编程技术 - linux下面Makefile探索

linux下面Makefile探索
2004-04-23 15:18 pm
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Makefile 初探
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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。

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Makefile解读之二: sub-make
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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。


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Makefile解读之三: 模块的版本化处理
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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。


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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) $(CFLAGS_$@) $< > $@
# 将c文件编绎成目标文件的规则，$<为第一个所依赖的对象； br> #
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) $(AFLAGS_$@) $< > $@
# 汇编文件生成目标文件的标准规则。
%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) $(EXTRA_AFLAGS) $(AFLAGS_$@) -c -o $@ $<

endif
# c文件生成调试列表文件的规则，$*扩展为目标的主文件名。
%.lst: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -g -c -o $*.o $<
$(TOPDIR)/scripts/makelst $* $(TOPDIR) $(OBJDUMP)
#
#
#
all_targets: $(O_TARGET) $(L_TARGET)

#
# Rule to compile a set of .o files into one .o file
#
ifdef O_TARGET
$(O_TARGET): $(obj-y)
rm -f $@
# $^扩展为全部依赖对象，如果obj-y为空就生成一个同名空的库文件。
ifneq "$(strip $(obj-y))" ""
$(LD) $(EXTRA_LDFLAGS) -r -o $@ $(filter $(obj-y), $^)
else
$(AR) rcs $@
endif
# 生成flags文件的shell语句。
@ (
echo 'ifeq ($(strip $(subst $(comma),:,$(EXTRA_LDFLAGS)
$(obj-y))),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(EXTRA_LDFLAGS) $$(obj-y))))' ;

echo 'FILES_FLAGS_UP_TO_DATE += $@' ;
echo 'endif'
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
endif # O_TARGET

#
# Rule to compile a set of .o files into one .a file
#
# 将obj-y组合成库L_TARGET的方法。
ifdef L_TARGET
$(L_TARGET): $(obj-y)
rm -f $@
$(AR) $(EXTRA_ARFLAGS) rcs $@ $(obj-y)
@ (
echo 'ifeq ($(strip $(subst $(comma),:,$(EXTRA_ARFLAGS)
$(obj-y))),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(EXTRA_ARFLAGS) $$(obj-y))))' ;

echo 'FILES_FLAGS_UP_TO_DATE += $@' ;
echo 'endif'
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
endif


#
# This make dependencies quickly
#
# wildcard为查找目录中的文件名的宏。
fastdep: dummy
$(TOPDIR)/scripts/mkdep $(wildcard *.[chS] local.h.master) > .depend
ifdef ALL_SUB_DIRS
#
将ALL_SUB_DIRS中的目录名加上前缀_sfdep_作为目标运行子make，并将ALL_SUB_DIRS
通过
# 变量_FASTDEP_ALL_SUB_DIRS传递给子make。
$(MAKE) $(patsubst %,_sfdep_%,$(ALL_SUB_DIRS))
_FASTDEP_ALL_SUB_DIRS="$(ALL_SUB_DIRS)"
endif

ifdef _FASTDEP_ALL_SUB_DIRS
#
与上一段相对应，定义子目录目标，并将目标名还原为目录名，进入该子目录make。
$(patsubst %,_sfdep_%,$(_FASTDEP_ALL_SUB_DIRS)):
$(MAKE) -C $(patsubst _sfdep_%,%,$@) fastdep
endif


#
# A rule to make subdirectories
#
# 下面2段完成内核编绎子目录中的make。
subdir-list = $(sort $(patsubst %,_subdir_%,$(SUB_DIRS)))
sub_dirs: dummy $(subdir-list)

ifdef SUB_DIRS
$(subdir-list) : dummy
$(MAKE) -C $(patsubst _subdir_%,%,$@)
endif

#
# A rule to make modules
#
# 求出有效的模块文件表。
ALL_MOBJS = $(filter-out $(obj-y), $(obj-m))
ifneq "$(strip $(ALL_MOBJS))" ""
# 取主目录TOPDIR到当前目录的路径。
PDWN=$(shell $(CONFIG_SHELL) $(TOPDIR)/scripts/pathdown.sh)
endif

unexport MOD_DIRS
MOD_DIRS := $(MOD_SUB_DIRS) $(MOD_IN_SUB_DIRS)
# 编绎模块时，进入模块子目录的方法。
ifneq "$(strip $(MOD_DIRS))" ""
.PHONY: $(patsubst %,_modsubdir_%,$(MOD_DIRS))
$(patsubst %,_modsubdir_%,$(MOD_DIRS)) : dummy
$(MAKE) -C $(patsubst _modsubdir_%,%,$@) modules
# 安装模块时，进入模块子目录的方法。
.PHONY: $(patsubst %,_modinst_%,$(MOD_DIRS))
$(patsubst %,_modinst_%,$(MOD_DIRS)) : dummy
$(MAKE) -C $(patsubst _modinst_%,%,$@) modules_install
endif

# make modules 的入口。
.PHONY: modules
modules: $(ALL_MOBJS) dummy
$(patsubst %,_modsubdir_%,$(MOD_DIRS))

.PHONY: _modinst__
# 拷贝模块的过程。
_modinst__: dummy
ifneq "$(strip $(ALL_MOBJS))" ""
mkdir -p $(MODLIB)/kernel/$(PDWN)
cp $(ALL_MOBJS) $(MODLIB)/kernel/$(PDWN)
endif

# make modules_install 的入口，进入子目录安装。
.PHONY: modules_install
modules_install: _modinst__
$(patsubst %,_modinst_%,$(MOD_DIRS))

#
# A rule to do nothing
#
dummy:

#
# This is useful for testing
#
script:
$(SCRIPT)

#
# This sets version suffixes on exported symbols
# Separate the object into "normal" objects and "exporting" objects
# Exporting objects are: all objects that define symbol tables
#
ifdef CONFIG_MODULES
# list-multi列出那些由多个文件复合而成的模块；
# 从编绎文件表和模块文件表中过滤出复合模块名。
multi-used := $(filter $(list-multi), $(obj-y) $(obj-m))
# 取复合模块的构成表。
multi-objs := $(foreach m, $(multi-used), $($(basename $(m))-objs))
# 求出需进行编译的总模块表。
active-objs := $(sort $(multi-objs) $(obj-y) $(obj-m))

ifdef CONFIG_MODVERSIONS
ifneq "$(strip $(export-objs))" ""
# 如果有需要进行版本化的文件。
MODINCL = $(TOPDIR)/include/linux/modules

# The -w option (enable warnings) for genksyms will return here in 2.1
# So where has it gone?
#
# Added the SMP separator to stop module accidents between uniprocessor
# and SMP Intel boxes - AC - from bits by Michael Chastain
#

ifdef CONFIG_SMP
genksyms_smp_prefix := -p smp_
else
genksyms_smp_prefix :=
endif
# 从源文件计算版本文件的规则。
$(MODINCL)/%.ver: %.c
@if [ ! -r $(MODINCL)/$*.stamp -o $(MODINCL)/$*.stamp -ot $< ]; then
echo '$(CC) $(CFLAGS) -E -D__GENKSYMS__ $<';
echo '| $(GENKSYMS) $(genksyms_smp_prefix) -k
$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL) > [email protected]';
$(CC) $(CFLAGS) -E -D__GENKSYMS__ $<
| $(GENKSYMS) $(genksyms_smp_prefix) -k
$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL) > [email protected];
if [ -r $@ ] && cmp -s $@ [email protected]; then echo $@ is unchanged; rm -f
[email protected];
else echo mv [email protected] $@; mv -f [email protected] $@; fi;
fi; touch $(MODINCL)/$*.stamp
#
将版本处理源文件的扩展名改为.ver，并加上完整的路径名，它们依赖于autoconf.h?br>?br>$(addprefix $(MODINCL)/,$(export-objs:.o=.ver)):
$(TOPDIR)/include/linux/autoconf.h

# updates .ver files but not modversions.h
# 通过fastdep，逐个生成export-objs对应的版本文件。
fastdep: $(addprefix $(MODINCL)/,$(export-objs:.o=.ver))

# updates .ver files and modversions.h like before (is this needed?)
# make dep过程的入口
dep: fastdep update-modverfile

endif # export-objs

# update modversions.h, but only if it would change
# 刷新版本文件的过程。
update-modverfile:
@(echo "#ifndef _LINUX_MODVERSIONS_H";
echo "#define _LINUX_MODVERSIONS_H";
echo "#include <linux/modsetver.h>";
cd $(TOPDIR)/include/linux/modules;
for f in *.ver; do
if [ -f $$f ]; then echo "#include <linux/modules/$${f}>"; fi;
done;
echo "#endif";
) > $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp
@if [ -r $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h ] && cmp -s
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp; then
echo $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h was not updated;
rm -f $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp;
else
echo $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h was updated;
mv -f $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h.tmp
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h;
fi
$(active-objs): $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h

else
# 如果没有配置版本化，modversions.h的内容。
$(TOPDIR)/include/linux/modversions.h:
@echo "#include <linux/modsetver.h>" > $@

endif # CONFIG_MODVERSIONS

ifneq "$(strip $(export-objs))" ""
# 版本化目标文件的编绎方法。
$(export-objs): $(export-objs:.o=.c) $(TOPDIR)/include/linux/modversions.h
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -DEXPORT_SYMTAB -c $(@:.o=.c)
@ (
echo 'ifeq ($(strip $(subst $(comma),:,$(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS)
$(CFLAGS_$@) -DEXPORT_SYMTAB)),$$(strip $$(subst $$(comma),:,$$(CFLAGS)
$$(EXTRA_CFLAGS) $$(CFLAGS_$@) -DEXPORT_SYMTAB)))' ;
echo 'FILES_FLAGS_UP_TO_DATE += $@' ;
echo 'endif'
) > $(dir $@)/.$(notdir $@).flags
endif

endif # CONFIG_MODULES


#
# include dependency files if they exist
#
# 嵌入源文件之间的依赖关系。
ifneq ($(wildcard .depend),)
include .depend
endif
# 嵌入头文件之间的依赖关系。
ifneq ($(wildcard $(TOPDIR)/.hdepend),)
include $(TOPDIR)/.hdepend
endif

#
# Find files whose flags have changed and force recompilation.
# For safety, this works in the converse direction:
# every file is forced, except those whose flags are positively
up-to-date.
#
# 已经更新过的文件列表。
FILES_FLAGS_UP_TO_DATE :=

# For use in expunging commas from flags, which mung our checking.
comma = ,
# 将当前目录下所有flags文件嵌入。
FILES_FLAGS_EXIST := $(wildcard .*.flags)
ifneq ($(FILES_FLAGS_EXIST),)
include $(FILES_FLAGS_EXIST)
endif
# 将无需更新的文件从总的对象中删除。
FILES_FLAGS_CHANGED := $(strip
$(filter-out $(FILES_FLAGS_UP_TO_DATE),
$(O_TARGET) $(L_TARGET) $(active-objs)
))

# A kludge: .S files don't get flag dependencies (yet),
# because that will involve changing a lot of Makefiles. Also
# suppress object files explicitly listed in $(IGNORE_FLAGS_OBJS).
# This allows handling of assembly files that get translated into
# multiple object files (see arch/ia64/lib/idiv.S, for example).
#
# 将由汇编文件生成的目件文件从FILES_FLAGS_CHANGED删除。
FILES_FLAGS_CHANGED := $(strip
$(filter-out $(patsubst %.S, %.o, $(wildcard *.S)
$(IGNORE_FLAGS_OBJS)),
$(FILES_FLAGS_CHANGED)))
# 将FILES_FLAGS_CHANGED设为目标。
ifneq ($(FILES_FLAGS_CHANGED),)
$(FILES_FLAGS_CHANGED): dummy
endif
</pre>