# 根目录vmlinux的编译过程 有编译过内核的话，一般都会看到在根目录下有个文件vmlinux，这个就是通常所说的内核了。但是用了这么久，倒是从来没看过是怎么编译出来的。那今天我们就通过它来试试我们这知识到底有没有掌握。 ## 那些七大姑八大姨们 一切的一切都是make读取makefile编译链接的，就好像孙悟空逃不出如来佛祖的手掌，vmlinux的出世也是在makefile的安排之下。那就现在看看makefile ``` # SHELL used by kbuild CONFIG_SHELL := $(shell if [ -x "$$BASH" ]; then echo $$BASH; \ else if [ -x /bin/bash ]; then echo /bin/bash; \ else echo sh; fi ; fi) # Final link of vmlinux cmd_link-vmlinux = $(CONFIG_SHELL) $< $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) quiet_cmd_link-vmlinux = LINK $@ vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh vmlinux_prereq $(vmlinux-deps) FORCE +$(call if_changed,link-vmlinux) ``` 第一次看完这一段差点一口老血吐出来，我真是没有想到他们尽然可以这么玩。。。还好我们已经经历过了之前的九九八十一难，见到这些也还能算是气定神闲了～ if\_changed也是在头文件scripts/Kbuild.include中定义，详细解释可以看[if\_changed](https://richardweiyang-2.gitbook.io/kernel-exploring/00_index-1/01_init_call)。这个的用法也是类似之前看到的if\_changed\_rule是一个回调函数，当条件满足就运行cmd\_link-vmlinux。 而这个cmd\_link-vmlinux就是把第一个依赖作为脚本传给了系统使用的shell，由系统shell执行。好吧，我也是醉了，不过道行也就这么又深了一点点。你说是不是。 回到正题，这次我们先看看vmlinux相关依赖的都是谁。 vmlinux一共依赖两个 一个是vmlinux\_prereq，另一个是vmlinux-deps。那分头分析。 ### vmlinux\_prereq ``` # Include targets which we want to execute sequentially if the rest of the # kernel build went well. If CONFIG_TRIM_UNUSED_KSYMS is set, this might be # evaluated more than once. PHONY += vmlinux_prereq vmlinux_prereq: $(vmlinux-deps) FORCE ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check endif ifdef CONFIG_BUILD_DOCSRC $(Q)$(MAKE) $(build)=Documentation endif ifdef CONFIG_GDB_SCRIPTS $(Q)ln -fsn `cd $(srctree) && /bin/pwd`/scripts/gdb/vmlinux-gdb.py endif ifdef CONFIG_TRIM_UNUSED_KSYMS $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/adjust_autoksyms.sh \ "$(MAKE) KBUILD_MODULES=1 -f $(srctree)/Makefile vmlinux_prereq" endif ``` 这个看觉和最后的vmlinux关系不大， 咱暂时就不看了。（让哥偷个懒） ### vmlinux-deps ``` vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN) ``` vmlinux-deps是这几个变量的集合，这下再次展开，我们一个个来看～ #### KBUILD\_LDS -- 链接文件 ``` export KBUILD_LDS := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds ``` 这个好说，就是链接文件～好多秘密都在这里，暂且不表，之后再说。 #### KBUILD\_VMLINUX\_INIT ``` export KBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y) ``` KBUILD\_VMLINUX\_INIT又是两个变量的集合， head-y 和 init-y。 **head-y** 这个head-y定义根据架构不同而不同，比如在x86架构下，该定义为： ``` head-y := arch/x86/kernel/head_$(BITS).o head-y += arch/x86/kernel/head$(BITS).o head-y += arch/x86/kernel/head.o ``` 恩，就一个架构，都还有三个文件，好多～忘了说了，这几个定义在arch/x86/Makefile中。那是怎么被根目录的Makefile引用到的呢？你猜？ 在搜索的时候又发现这么一句在文档中： > $(head-y) lists objects to be linked first in vmlinux. 这个提醒了我一下，在链接的时候，文件出现的顺序是有影响的。 **init-y** ``` init-y := init/ init-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y)) ``` init-y有两种情况 * 是init/这个目录 * 是init/built-in.o这个文件。 在不同情况下展现出不同形式。而在KBUILD\_VMLINUX\_INIT这个变量中，保存的是init/built-in.o。 #### KBUILD\_VMLINUX\_MAIN ``` export KBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y) $(virt-y) ``` 这个包含的内容比较多了啊。 ``` #core-y core-y := usr/ core-y += kernel/ certs/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ core-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y)) #libs-y libs-y := lib/ libs-y1 := $(patsubst %/, %/lib.a, $(libs-y)) libs-y2 := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y)) libs-y := $(libs-y1) $(libs-y2) #drivers-y drivers-y := drivers/ sound/ firmware/ drivers-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y)) #net-y net-y := net/ net-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y)) #virt-y virt-y := virt/ virt-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(virt-y)) ``` 这下，内核根目录下所有的子目录就都包含了～ 除了lib目录下有两个文件，built-in.o 和 lib.a，其余下都只有一个文件built-in.o。到这里你有没有感觉眼前一亮？有没有觉得这个built-in.o很眼熟？ **VMLINUX\_MAIN中目标是如何的编译** 可以看到VMLINUX\_MAIN中包含的都是内核子系统的根目标了。我们可以猜到最终根目录下的vmlinux就是由这些根目标链接而成。那这些子系统的根目标是如何生成的呢？ 过程有点绕，我们还是直接来看代码。 ``` "Makefile" vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN) # The actual objects are generated when descending, # make sure no implicit rule kicks in $(sort $(vmlinux-deps)): $(vmlinux-dirs) ; ``` 凡是在vmlinux-deps中的变量，都依赖于vmlinux-dirs变量的值。那就去看看vmlinux-dirs中的目标是什么规则咯。 ``` 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))) # Handle descending into subdirectories listed in $(vmlinux-dirs) # Preset locale variables to speed up the build process. Limit locale # tweaks to this spot to avoid wrong language settings when running # make menuconfig etc. # Error messages still appears in the original language PHONY += $(vmlinux-dirs) $(vmlinux-dirs): prepare scripts $(Q)$(MAKE) $(build)=$@ ``` vmlinux-dirs定义为目录。而他的规则是$(Q)$(MAKE) $(build)=$@。按照在scripts/Kbuild.include中的定义，展开后就是 > make -f scripts/Makefile.build obj=$@ 他的意思就是，各回各家，各找各妈，各自去各自的目录去执行编译吧～ ## 谁是你们的粘合剂 看到了这么多内核子系统的根目标，现在该是时候把他们链接起来生成vmlinux了～ 还记得cmd\_link-vmlinux这个命令么？ ``` cmd_link-vmlinux = $(CONFIG_SHELL) $< $(LD) $(LDFLAGS) ``` 这$<是make中定义的自动变量，表示依赖关系中的第一个依赖。在vmlinux规则中，第一个依赖是scripts/link-vmlinux.sh。所以接下来的链接工作，就靠它了。 ### vmlinux\_link 这个脚本中除了链接vmlinux之外，还做了些其他的事情。我们暂且不表。还是来专注看看vmlinux是怎么链接的。 ``` info LD vmlinux vmlinux_link "${kallsymso}" vmlinux ``` 然后又调用了vmlinux\_link ``` # Link of vmlinux # ${1} - optional extra .o files # ${2} - output file vmlinux_link() { local lds="${objtree}/${KBUILD_LDS}" local objects if [ "${SRCARCH}" != "um" ]; then if [ -n "${CONFIG_THIN_ARCHIVES}" ]; then objects="--whole-archive built-in.o ${1}" else objects="${KBUILD_VMLINUX_INIT} \ --start-group \ ${KBUILD_VMLINUX_MAIN} \ --end-group \ ${1}" fi ${LD} ${LDFLAGS} ${LDFLAGS_vmlinux} -o ${2} \ -T ${lds} ${objects} else if [ -n "${CONFIG_THIN_ARCHIVES}" ]; then objects="-Wl,--whole-archive built-in.o ${1}" else objects="${KBUILD_VMLINUX_INIT} \ -Wl,--start-group \ ${KBUILD_VMLINUX_MAIN} \ -Wl,--end-group \ ${1}" fi ${CC} ${CFLAGS_vmlinux} -o ${2} \ -Wl,-T,${lds} \ ${objects} \ -lutil -lrt -lpthread rm -f linux fi } ``` 截取其中关键的一点 ``` ${LD} ${LDFLAGS} ${LDFLAGS_vmlinux} -o ${2} \ -T ${lds} ${objects} ``` 这不就是一个普通的链接么，再看看链接了谁？objects嘛。那objects都是谁呢？就是我们刚才分析的KBUILD\_VMLINUX\_INIT 和KBUILD\_VMLINUX\_MAIN呗～ 嗯，没错就是它了。 另外这里强调一下，链接时使用的lds是arch/x86/kernel/vmlinux.lds。而这个lds是从arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S生成出来的。 比如说我们将在[INIT\_CALLS的秘密](https://richardweiyang-2.gitbook.io/kernel-exploring/00_index-1/01_init_call)看到的定义就是在这里链接时决定的。 ## 一张图总结 最后画一张图吧。 ``` kernel/built-in.o certs/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/buit-in.o security/built-in.o crypto/built-in.o block/built-in.o lib/built-in.o lib/lib.a head_64.o usr/built-in.o drivers/built-in.o head64.o sound/built-in.o firmware/built-in.o head.o init/built-in.o net/built-in.o virt/built-in.o || || || || $(head-y) $(init-y) $(core-y) $(drivers-y) $(net-y) $(libs-y) $(virt-y) | | | | | | | | \ / \ / \ / \ / KBUILD_VMLINUX_INIT KBUILD_VMLINUX_MAIN \ / \ / <--- arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S \ / vmlinux ``` 嗯，丑是丑了点，不过意思都在了。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://richardweiyang-2.gitbook.io/kernel-exploring/00_index/06_building_vmlinux_under_root.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.