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在之前的课程里，当我们在编译linux内核源码的时候，不知道大家会不会有一些疑问：
1.linux内核源码那么多（大概800M），编译的时候它（编译系统）怎么知道应该要编译哪些文件呢？
2.怎样保证源码的编译顺序？比如，先编译A模块，再编译B模块？
3.怎么样把这些编译出来的一个一个的目标文件，最终形成一个内核镜像文件？
所有这些，都是通过Makefile来完成的。
本文所用内核源码为 linux-4.9.229，ARCH=x86
linux内核源码里的Makefile分为三层：
- 顶层Makefile（源码根目录下）
- 体系相关的Makefile(arch/$(ARCH)/Makefile)
- 各级子目录下面的Makefile。
那我们就先来看顶层Makefile，先摘几段关键代码：
<code> 262 SRCARCH :=$(ARCH)
... 546include
arch/$(SRCARCH)
/Makefile/<code>
这样体系相关的Makefile就被include进来了。
而下面的代码则间接的把各级子目录下面的Makefile包含进来了。
<code>570
init-y := init/571
drivers-y := drivers/ sound/ firmware/572
net-y := net/573
libs-y := lib/574
core-y := usr/575
virt-y := virt//<code>
这样顶层的Makefile就把体系相关的Makefile和各个子目录的Makefile都包含进来了。
那接下来我们深入到某个具体的子目录的Makefile，看它又是如何编译这个子目录下面的源代码的呢？
具体到某个源码目录中，编译系统是通过obj-y, obj-m，obj-n和lib-m来组织的。
- obj-y用来定义哪些源文件被编进内核。在当前目录，这些被编译到内核里的.o文件，会被链接成一个built.o文件。大家可以看看，等内核编译完成后，是不是每个子目录下，都有一个built-in.o文件呢？
- obj-m用来定义哪些文件被编译成可加载模块，也就是驱动文件。
- obj-n表示当前源文件既不被编译到内核，也不会编译成驱动，也就是不做处理。
- lib-y用来定义哪些文件被编译成库文件。
- obj-y, obj-m，lib-y，lib-m还可以指定要包含的下一级目录。这样层层包含，保证能够编译到所有的内核源代码。
我以drivers/tty子目录为例，其Makefile的摘要如下：
<code>obj-$(CONFIG_TTY) += tty_io.o n_tty.o tty_ioctl.o tty_ldisc.o \
tty_buffer.o tty_port.o tty_mutex.o tty_ldsem.o
obj-$(CONFIG_HVC_DRIVER) += hvc//<code>以上表示：
如果通过make menuconfig配置了CONFIG_TTY为y，那么 tty_io.c n_tty.c tty_ioctl.c tty_ldisc.c
tty_buffer.c tty_port.c tty_mutex.c tty_ldsem.c 这些c文件就会被编译到内核镜像里；
如果通过make menuconfig配置了CONFIG_HVC_DRIVER，那么还会进入到hvc子目录进一步执行它的Makefile。
所以，当某个子目录下的makefile执行一遍以后，所有的需要编译到内核里的.o文件就都罗列在obj-y这个变量里了，而所有需要编译成驱动的.o文件就都罗列在obj-m里了。
另外，某个子目录下obj-y变量里的所有 .o文件会被链接成built-in.o文件，并最终被链接到内核镜像文件。
下面代码是drivers/tty/built-in.o 生成的过程。
<code>ld -m elf_x86_64 -zmax
-page-size=0x200000
-r -o drivers/tty/built-in
.o drivers/tty/tty_io.o drivers/tty/n_tty.o drivers/tty/tty_ioctl.o drivers/tty/tty_ldisc.o drivers/tty/tty_buffer.o drivers/tty/tty_port.o drivers/tty/tty_mutex.o drivers/tty/tty_ldsem.o drivers/tty/pty.o drivers/tty/tty_audit.o drivers/tty/sysrq.o drivers/tty/vt/built-in
.o drivers/tty/serial/built-in
.o drivers/tty/ipwireless/built-in
.o /<code>
我们来看看内核镜像是如何生成的。
还是看顶层的Makefile：
<code>core-y += kernel/ certs/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ vmlinux-dirs:
= $(patsubst%/,%,$(filter %/
, $(init-y) $(init-m) \ $(core-y) $(core-m) $(drivers-y) $(drivers-m) \ $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m) $(virt-y))) vmlinux-alldirs:
= $(sort $(vmlinux-dirs) $(patsubst%/,%,$(filter %/
, \ $(init-) $(core-) $(drivers-) $(net-) $(libs-) $(virt-)))) init-y:
= $(patsubst%/, %/
built-in
.o, $(init-y)) core-y:
= $(patsubst%/, %/
built-in
.o, $(core-y)) drivers-y:
= $(patsubst%/, %/
built-in
.o, $(drivers-y)) net-y:
= $(patsubst%/, %/
built-in
.o, $(net-y)) libs-y1:
= $(patsubst%/, %/
lib.a, $(libs-y)) libs-y2:
= $(patsubst%/, %/
built-in
.o, $(libs-y)) libs-y:
= $(libs-y1) $(libs-y2) virt-y:
= $(patsubst%/, %/
built-in
.o, $(virt-y)) export KBUILD_ALLDIRS:
= $(sort $(filter-out arch/%,$(vmlinux-alldirs)) arch Documentationinclude
samples>
patsubst和filter是Makefile的内置函数，说明如下：
$(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y))
寻找$(init-y)中符合格式“%/”的字符串，用“%/built-in.o”替换它们。在之前我们有定义init-y的值为init/,所以，经过这么转换，init-y的值就变成了init/built-init.o了。其他同理。
而 $(filter pattern..., text)表示返回在“text”中由空格隔开且匹配格式“pattern...”的字符串，去掉不符合格式“pattern...”的字符串。例如：
<code>$(filter
%.c
%.s, foo.c
bar.c
jin.s xin.h) 结果为：foo.c
bar.c
jin.s/<code>
根据以上的分析，最终vmlinux-dirs的值为：
<code>init
usr arch/x86 kernel certs mm fs ipc security crypto block drivers sound firmware \ arch/x86/pci arch/x86/power arch/x86/video arch/x86/ras net lib arch/x86/lib virt/<code>
最终vmlinux-alldirs的值为：
<code>arch/x86/lib arch/x86/math-emu arch/x86/oprofile arch/x86/pci \ arch/x86/power arch/x86/ras arch/x86/video block certs crypto drivers firmware \ fs init ipc kernel lib mm net security sound usr virt
/<code>
linux内核代码的链接脚本为：arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds。 对于x86，则位于
arch/x86/kernel/vmlinux.lds, 它是由
arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S文件生成的。
在编译内核的时候指定：make V=1,则可以打印出具体的编译细节，最终编译出linux内核镜像的编译过程为：
<code>ld
-m elf_x86_64 -z max-page-size=0x200000 --build-id -o vmlinux \ -T ./arch/x86/kernel/vmlinux.lds arch/x86/kernel/head_64.o \
arch/x86/kernel/ebda.o \ arch/x86/kernel/platform-quirks.o init/built-in.o \ --start-group usr/built-in.o arch/x86/built-in.o \ kernel/built-in.o certs/built-in.o mm/built-in.o \ fs/built-in.o ipc/built-in.o security/built-in.o \ crypto/built-in.o block/built-in.o lib/lib.a \ arch/x86/lib/lib.a lib/built-in.o arch/x86/lib/built-in.o \ drivers/built-in.o sound/built-in.o firmware/built-in.o \ arch/x86/pci/built-in.o arch/x86/power/built-in.o \ arch/x86/video/built-in.o arch/x86/ras/built-in.o \ net/built-in.o virt/built-in.o --end-group .tmp_kallsyms2.o
/<code>
总结一下，linux内核源码的编译过程为：
- 顶层Makefile决定了linux内核源码各个目录和子目录的编译顺序
- make menuconfig通过对内核配置，生成了一系列CONFIG_XXX的配置
- 各层级的Makefile结合这些CONFIG_XXX配置来决定哪些文件被编译到内核、哪些文件被编译成驱动
- 顶层Makefile按照链接脚本链接所有的.o文件并最终打包成一个完整的内核镜像文件vmlinux。
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