Linux 内核 Makefile 解释

发表 admin at 2025年2月28日

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在软件开发中，创建和管理大型代码存储库的过程很容易变得非常复杂。

为了管理和降低这种复杂性，软件开发人员将代码组织在链接到特定模块的小文件中。开发人员可以单独编译每个文件，然后将它们链接在一起以创建最终的软件可执行文件。

例如，C 项目由扩展名为 .c 的源代码文件和扩展名为 .h 的软件接口组成。每个源文件与要创建的头文件一起编译。 o 使用库链接在一起的对象，从而创建可执行文件。

为了执行此过程，软件开发人员使用 Make 等工具来自动执行构建过程和所需的文件依赖项。 Make 使用 Makefile 来管理编译过程的行为。

GNU Make 工具提供了一组用于创建 Makefile 的规则和约定，降低了复杂性，提高了效率。

在本教程中，我们将讨论 Linux 内核 Makefile，特别是 Kconfig 和 Kbuild。

在开始之前，需要注意的是，本文并不假装教授有关内核构建系统的所有内容。不过，我们提供了构建 vmlinux 映像和模块的高级概述。

如果您需要本教程范围之外的信息，我们建议您使用以下资源以获得更好的信息：

https://linkfy.to/goMakefilesDocs

https://linkfy.to/gnuMake

内核 Makefile：概述

内核构建系统，也称为配置系统，对于那些需要它的人来说是一个必不可少的工具，它已经存在了一段时间。然而，并不是每个人都会使用这个系统；甚至驱动程序和其他低级软件开发人员也很少使用它。既然您正在阅读本文，这意味着您想了解更多有关内核构建系统的信息。

因此，我们将讨论内核是如何编译的，并讨论 Kbuild 和 Kconfig 系统，以便您可以更好地理解它们。

内核 Makefile 有五个核心组件：

Makefile：这是位于源根目录中的顶级 make 文件。
arch/$ (ARCH) Makefile：这是 arch Makefile；它作为顶层 Makefile 的补充。
.config：这是内核配置文件。
Scripts/Makefile.*：这定义了所有 kbuild Makefile 的设置规则。
Kbuild Makefiles： kbuild Makefiles 大约有 500 个，而且它们不太容易阅读。考虑一个文件，例如：

https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/scripts/Kbuild.include

内核配置

Kconfig 文件包含在使用 make *config 时提供帮助的模块。它帮助内核进行选择性配置，为内核构建过程创建模块化和可定制性。

Kconfig 系统指定了各种配置目标。您可以使用 make help 查看可用的目标。这些目标在构建过程中由内核提供的各种程序处理。

一些 Kconfig 目标包括：

配置：这用于使用线路程序更新内核配置文件。
Menuconfig：这是一个 Kconfig 功能或机制，提供对内核选项的基于菜单的访问。要启动 menuconfig 和其他 Kconfig 功能，您应该位于平台项目目录中。您可以使用以下命令启动 Kconfig menuconfig 功能。但是，您还可以使用其他 GUI Linux 内核配置功能（例如 xconfig 和 gconfig）启动 menuconfig。

make linux-windriver.menuconfig – Executes menuconfig in a separate terminal session.

gconfig 和 xconfig： Gconfig 激活基于 GUI 的 Linux 内核功能。 Gconfig 采用 GTK 或（基于 X）的 UI。另一方面，Xconfig 使用基于 Qt 的 UI。使用以下命令分别启动 gconfig 和 xconfig：

make linux-windriver.gconfig

make linux-windriver.xconfig

注意：要使用 gconfig 和 xconfig，您应该在主机系统上安装 QT 开发工具。

Nconfig： Nconfig 功能运行当前配置（Buildtools）并适用于 Ncurses 菜单驱动程序。这允许您在构建内核时选择要构建的包，例如 CPU、驱动程序和文件系统。使用命令：make nconfig。
Oldconfig：oldconfig 功能允许您将较新的 .config 文件应用到较旧的内核配置文件。例如，旧的 .config 文件和较新的 .config 文件（较新的内核版本）会有差异，这意味着您需要在内核构建之前更新当前配置。您可以使用 make oldconfig 通过应用旧配置文件中缺少的选项来交互式更新旧配置。
Defconfig：此功能允许内核构建系统将 defconfig 提供的新配置添加到 .config 文件中。更准确地说，Kbuild 系统检查所有 Kconfig 文件。如果 defconfig 在文件中指定了一个选项，Kbuild 系统将使用指定的值将该选项添加到 .config 中。如果 defconfig 没有提及该选项，Kbuild 将使用 .config 中的默认值。

考虑以下：

来自以下资源的 Defconfig 代码快照：

https://elixir.bootlin.com/linux/v5.9/source/scripts/kconfig/Makefile#L98

1. defconfig: $(obj)/conf
2. ifneq ($(wildcard $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/configs/$(KBUILD_DEFCONFIG)),)
3. @$(kecho) "*** Default configuration is based on '$(KBUILD_DEFCONFIG)'"
4. $(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$(KBUILD_DEFCONFIG) $(Kconfig)
5. else
6. @$(kecho) "*** Default configuration is based on target '$(KBUILD_DEFCONFIG)'"
7. $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile $(KBUILD_DEFCONFIG)
8. endif
9.
10. %_defconfig: $(obj)/conf
11. $(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@ $(Kconfig)
12.
13. configfiles=$(wildcard $(srctree)/kernel/configs/$@ $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/configs/$@)
14.
15. %.config: $(obj)/conf
16. $(if $(call configfiles),, $(error No configuration exists for this target on this architecture))
17. $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/kconfig/merge_config.sh -m .config $(configfiles)
18. $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile olddefconfig

来自以下资源的旧配置代码快照：

https://elixir.bootlin.com/linux/v5.9/source/scripts/kconfig/conf.c#L694

1. case olddefconfig:
2. default:
3. break;
4. }
5.
6. if (input_mode == savedefconfig) {
7. if (conf_write_defconfig(defconfig_file)) {
8. fprintf(stderr, "n*** Error while saving defconfig to: %s\n\n",
9. defconfig_file);
10. return 1;
11. }
12. } else if (input_mode != listnewconfig && input_mode != helpnewconfig) {
13. if (!no_conf_write && conf_write(NULL)) {
14. fprintf(stderr, "\n*** Error during writing of the configuration.\n\n");
15. exit(1);
16. }
17.
18. /*
19. * Create auto.conf if it does not exist.
20. * This prevents GNU Make 4.1 or older from emitting
21. * "include/config/auto.conf: No such file or directory"
22. * in the top-level Makefile
23. *
24. * syncconfig always creates or updates auto.conf because it is
25. * used during the build.
26. */
27. if (conf_write_autoconf(sync_kconfig) && sync_kconfig) {
28. fprintf(stderr,
29. "\n*** Error during sync of the configuration.\n\n");
30. return 1;
31. }
32. }
33. return 0;
34. }

Savedefconfig：该规则以./defconfig的形式保存当前的.config，它被视为最小配置文件。使用命令：make savedefconfig
Listnewconfig：这用于列出新选项。
Kvmconfig：这将启用 KVM 支持选项。使用命令：make kvm_guest.config
Allyesconfig：这将构建一个新的内核配置文件，并将所有选项设置为 yes。它与 allnoconfig 相反。
Allmodconfig：这会构建一个新的内核配置，默认情况下会启用该模块。
Randconfig：这会构建一个新的内核配置文件，其中包含所有选项的随机答案。
Tinyconfig：这使得最小的内核成为可能。

Kconfig系统中有很多目标。一些常见的包括 config 和 menuconfig。

如前所述，目标由主机系统中的各种程序处理，提供 GUI 或命令行。您可以在内核源代码的 /scripts/Kconfig 中找到 Kconfig 工具。

https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/scripts/kconfig

https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/scripts/kconfig/Makefile

第一个过程通常是读取根目录下的Kconfig文件，该文件用于构建初始配置数据库。随着该过程的继续，数据库在按以下顺序读取文件时更新：

.config

/lib/modules/$(shell,uname-r)/.config

/etc/kernel-config

/boot/config-$(shell,uname-r)

ARCH_DEFCONFIG

arch/$(ARCH)/defconfig

然后将 .config 文件放入syncconfig，后者接受 .config 文件作为输入。它处理文件并输出文件，然后将文件分为各种类别，例如：

autoconf.h：用于C语言源文件。
auto.conf 和 tristate.conf： 它们用于 Makefile 文本处理。
/includes/config： 这些是依赖项跟踪中使用的空头文件。

Kbuild 文件

几乎所有内核文件都是使用 Kbuild 基础结构的 Kbuild Makefile，这是一个递归 make 功能。递归Make 是一种将Make 工具用作Makefile 中的命令的方法。编译大型项目时，递归非常有用。

Kbuild 通过引用我们在上一节中提到的所有文件来工作。

Kbuild 系统使用顶级 Makefile 构建其组件，其中包括配置文件中名为 arch/$ (ARCH)/Makefile 的 arch Makefile。它递归地下降到子目录中，使用 script/Makefile.* 中的例程在组件上调用 Make。然后 Kbuild 在相邻对象的基础上构建并将它们链接到对象中，创建 vmlinux。

要了解有关 Kbuild Makefile 中使用的语法的更多信息，请参阅文档。

考虑以下脚本。

https://github.com/torvalds/linux/blob/master/scripts/link-vmlinux.sh

用于创建 vmlinux 的 o 目标文件首先在各自的内置 .a 文件中编译为 var KBUILD_VMLINUX_INIT,MAIN,LIBS。这些都是在 vmlinux 中编写的。

https://github.com/torvalds/linux/blob/master/scripts/Makefile.build

结论

在本指南中，我们了解了内核构建系统中的 Kbuild 和 Kconfig 系统及其工作原理。正如我们在教程开头提到的，讨论的主题很广泛，无法在单个教程中涵盖。