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  • Makefile初探

    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。

    ==========================================
    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。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。


    ==========================================
    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,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。



    ==========================================
    Makefile解读之四: Rules.make的注释
    ==========================================
    [code:1:974578564b]
    #
    # 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;
    #
    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) > $@.tmp';
    $(CC) $(CFLAGS) -E -D__GENKSYMS__ $<
    | $(GENKSYMS) $(genksyms_smp_prefix) -k
    $(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL) > $@.tmp;
    if [ -r $@ ] && cmp -s $@ $@.tmp; then echo $@ is unchanged; rm -f
    $@.tmp;
    else echo mv $@.tmp $@; mv -f $@.tmp $@; 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

    摘自http://www.linuxforum.net 
    
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