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="http://www.pld.com.cn/blog/$(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 ";

cd $(TOPDIR)/include/linux/modules;

for f in *.ver; do

if [ -f $$f ]; then echo "#include "; 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 " > $@


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