Kbuild

Kbuild（Kernel Build System）本身是Linux的一些脚本，用于管理和协调内核的编译过程。随着Linux的发展，它如今已经发展成了一个子系统，同时也被其他开源软件所采用，比如U-Boot、BusyBox等

Kbuild基于Makefile，并做了许多扩充：

  • 菜单式配置：Kconfig
  • 预定义目标：
    • xxx_defconfig，menuconfig
    • vmlinux、zImage、uImage
    • modules、install、modules_install
    • clean、mrproper、distclean
  • 预定义变量：
    • obj-y、obj-m、xxx-objs
    • ARCH、CROSS_COMPILE
  • 跨平台工具、递归式Makefile

Kbuild的本质：

  • 一个可扩展、可配置的Makefile框架
  • 递归式Makefile、菜单式配置

Kbuild的构成：

  • Makefile：顶层目录下的Makefile
  • .config：内核的配置文件
  • arch/$(ARCH)/Makefile：跟平台架构相关的Makefile
  • scripts/Makefile.*：通用编译规则 比如make install时实际上就调用了scripts/Makefile.install
  • Kbuild Makefile：分布在各个子目录下
  • Kconfig：配置菜单，定义每个config symbol的属性(类型、描述、依赖等)

预定义变量

下面介绍一些重要的预定义变量

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obj-y:=hello.o	# 把hello.o直接链接进内核
obj-y+=stm/ # 递归读取stm/子目录中的Makefile进行编译

obj-m:=hello.o  # 把hello.o链接成内核模块

obj-$(CONFIG_HELLO):=hello.o # 结合Kconfig动态配置到底编译成什么

# 如果hello.o由多个源文件组成，则需要定义一个叫hello-objs的变量
hello-objs:=hello1.c hello2.c ... 
hello-$(CONFIG_HELLO) += hello_n.c #通过这种方式可以动态控制hello-objs包含什么东西

在新版内核的中，我们常常看见一些叫Kbuild的文件，它实际上做了以下改进

  • 在新版本的内核中，通常把上面这几个内核模块对象（如obj-y）的定义放到单独的文件kbuild中
  • 内核在构建时，是先去Kbuild文件中找上面那几个变量，找不到再去Makefile找

预定义目标

Kbuild定义了许多预定义目标，比如make zImage、make modules…都算预定义目标，可通过make help查看

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下面整理一些Linux中makefile定义的常见命令

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# 清理$(M)路径下编译产生的中间文件（不影响配置）
make clean

# 导出当前配置对应的最小defconfig
make savedefconfig

# 编译$(M)路径下的内核模块
make modules

# 将编译好的模块安装到 $(INSTALL_MOD_PATH)/lib/modules/$(KERNELRELEASE)
# 如果采用这种方式安装，会自动完成模块签名的操作
make modules_install

# 编译设备树文件
make dtbs

配置变量

配置变量（Config Symbols）是我们在编译内核时，经常看到的类似CONFIG_xxx的变量，通常保存在.config文件，用来对于编译行为进行控制

在加载默认配置时，通常要指定ARCH比如

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make ARH=ARM IMX6ULL_emmc_defconfig

因为IMX6ULL_emmc_defconfig放在arch/arm/configs下，如果不指定ARCH，系统会去arch/x86下找

Kconfig

  • 用来生成配置菜单，配置各种config symbol
  • 生成对应的配置变量：CONFIG_XXX
  • 每个目录下都有一个Kconfig文件
  • 各个Kconfig文件通过source命令构建多级菜单
  • 解析工具：scripts/kconfig/*conf

如果想快速知道配置菜单中某个选项位于哪里，可以看Kconfig文件中对应项的位置

语法

  • config：用来自义菜单选项
  • choice/endchoice
  • comment
  • if/endif
  • source：生成一个树型菜单

参考链接：

举个例子

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config HELLO //会在.config中生成CONFIG_HELLO配置变量
	bool "a hello module"
	help
		a hello test

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.config

如何生成

通过scripts/kbuild/*conf工具解析各级Kconfig文件，最后生成.config文件

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如何参与编译工作

生成的.config文件是不能直接参与编译的，需要进一步生成其他文件

  • include/config/auto.conf：用来配置Makefile

    • 顶层Makefile会include这个文件，这样内核Makefile中就有CONFIG_XXX那些变量了

  • include/generated/autoconf.h：供内核里的C程序条件编译（开发驱动时可能需要）

  • include/config/*.h：空头文件，用于构建依赖关系

执行流程

  • 根据用户(内核)的配置生成相应的.config文件
  • 将内核的版本号存入include/linux/version.h
  • 建立指向include/asm-$(ARCH)的符号链接，选定平台
  • 更新所有编译所需的文件
  • 从顶层Makefile开始，递归地访问各个子目录，对相应的模块编译生成目标文件
  • 链接过程，在源代码的顶层目录链接生成vmlinux
  • 根据具体架构提供的信息添加相应符号，生成最终的启动镜像，往往不同架构之间的启动方式不一致。
    • 这一部分包含启动指令
    • 准备initrd镜像等平台相关的部分

内核中的Makefile文件

在linux中，由于内核代码的分层模型，以及兼容很多平台的特性，Makefile文件分布在各个目录中，对每个模块进行分离编译，降低耦合性，使编译方式更加灵活。

Makefile主要是以下五个部分：

  • 顶层Makefile : 在源代码的根目录有个顶层Makefile，顶层Makefile的作用就是负责生成两个最重要的部分：编译生成vmlinux和各种模块
  • .config文件 : 这个config文件主要是产生自用户对内核模块的配置，有三种配置方式：
    • 编译进内核
    • 编译成可加载模块
    • 不进行编译
  • arch/$(ARCH)/Makefile : 从目录可以看出，这个 Makefile 主要是根据指定的平台对内核镜像进行相应的配置,提供平台信息给顶层 Makefile
  • scirpts/Makefile. : 这些 Makefile 配置文件包含了构建内核的规则
  • kbuild Makefiles : 每一个模块都是单独被编译然后再链接的，所以这一种 kbiuld Makefile几乎在每个模块中都存在.在这些模块文件(子目录)中，也可以使用 Kbuild 文件代替 Makefile，当两者同时存在时，优先选择 Kbuild 文件进行编译工作，只是用户习惯性地使用 Makefile 来命名

层级关系处理

一个Makefile只负责处理本目录中的编译关系，自然地，其他目录中的文件编译由其他目录的Makefile负责，整个linux内核的Makefile组成一个树状结构，对于上层Makefile的子目录而言，只需要让kbuild知道它应该怎样进行递归地进入目录即可。

kbuild利用目录指定的方式来进行目录指定操作，举个例子：

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obj-$(CONFIG_FOO) += foo/

当CONFIG_FOO被配置成y或者m时，kbuild就会进入到foo/目录中

  • 注意：这个信息仅仅是告诉kbuild应该进入到哪个目录，而不对其目录中的编译做任何指导

参考链接