[摘要] 由於Linux的獨特優勢，使越來越多的企業和科研機構把目光轉向Linux的開發和研究上。目前Linux最新的穩定核心版本為2.6.17，但是當今絕大部分對於Linux Makefile的介紹文章都是基於2.4核心的，可以說關於2.6核心Makefile相關的文章鳳毛麟角，筆者抽時間完成了這篇分析文章，讓讀者迅速熟悉Linux最新Makefile體系，從而加深對核心的理解，同時也希望能對Linux在公司的推廣起到一定的推動作用，算是拋磚引玉吧！

1          Makefile組織層次

Linux的Make體系由如下幾部分組成：

Ø         頂層Makefile

頂層Makefile通過讀取配置檔案，遞迴編譯核心程式碼樹的相關目錄，從而產生兩個重要的目標檔案：vmlinux和模組。

Ø         核心相關Makefile

位於arch/$(ARCH) 目錄下，為頂層Makefile提供與具體硬體體協結構相關的資訊。

Ø         公共編譯規則定義檔案。

包括Makefile.build 、Makefile.clean、Makefile.lib、Makefile.host等檔案組成。這些檔案位於scripts目錄中，定義了編譯需要的公共的規則和定義。

Ø         核心配置檔案 .config

通過呼叫make menuconfig或者make xconfig命令，使用者可以選擇需要的配置來生成期望的目標檔案。

Ø         其他Makefile

主要為整個Makefile體系提供各自模組的目標檔案定義，上層Makefile根據它所定義的目標來完成各自模組的編譯。

2          Makefile的使用

在編譯核心之前，使用者必須首先完成必要的配置。Linux核心提供了數不勝數的功能，支援眾多的硬體體系結構，這就需要使用者對將要生成的核心進行裁減。核心提供了多種不同的工具來簡化核心的配置，最簡單的一種是字元介面下命令列工具：

make config

這個工具會依次遍歷核心所有的配置項，要求使用者進行逐項的選擇配置。這個工具會耗費使用者太多時間，除非萬不得以（你的編譯主機不支援其他配置工具）一般不建議使用。

使用者還可以使用利用ncurse庫編制的圖形介面工具，這就是大名鼎鼎的：

make menuconfig

相信以前對2.4核心比較熟悉的使用者一定不會陌生。當然在2.6核心中提供了更漂亮和方便的基於X11的圖形配置工具：

make xconfig

當用戶使用這個工具對Linux核心進行配置時，介面下方會出現這個配置項相關的幫助資訊和簡單描述，當你對核心配置選項不太熟悉時，建議你使用這個工具來進行核心配置。

當用戶完成配置後，配置工具會自動生成.config檔案，它被儲存在核心程式碼樹的根目錄下。使用者可以很容易找到它，當然使用者也可以直接對這個檔案進行簡單的修改。但是當你修改過配置檔案之後，你必須通過下面的命令來驗證和更新配置：

make oldconfig

跟2.4版本的不同之處在於，使用者不需要顯示的呼叫make dep命令來生成依賴檔案，核心會自動維護程式碼間的依賴關係。

當一切工作完成以後，使用者只需要簡單鍵入make，剩下所有的工作makefile就會自動替你完成了。

3          Makefile編譯流程

當用戶使用Linux的Makefile編譯核心版本時，Makefile的編譯流程如下：

Ø         使用命令列或者圖形介面配置工具，對核心進行裁減，生成.config配置檔案

Ø         儲存核心版本資訊到 include/linux/version.h

Ø         產生符號連結 include/asm,指向實際目錄 include/asm-$(ARCH)

Ø         為最終目標檔案的生成進行必要的準備工作

Ø         遞迴進入 /init 、/core、 /drivers、 /net、 /lib等目錄和其中的子目錄來編譯生成所有的目標檔案

Ø         連結上述過程產生的目標檔案生成vmlinux，vmlinux存放在核心程式碼樹的根目錄下

Ø         最後根據 arch/$(ARCH)/Makefile檔案定義的後期編譯的處理規則建立最終的映象bootimage,包括建立引導記錄、準備initrd映象和相關處理

4          Makefile關鍵規則和定義描述

1)        目標定義

目標定義是Makefile檔案的核心部分，目標定義通知Makefile需要生成哪些目標檔案、如何根據特殊的編譯選項鍊接目標檔案，同時控制哪些子目錄要遞迴進入進行編譯。

        這個例子Makefile檔案位於/fs/ext2目錄 :

#

# Makefile for the linux ext2-filesystem routines.

#

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o

ext2-y := balloc.o bitmap.o dir.o file.o fsync.o ialloc.o inode.o /

                      ioctl.o namei.o super.o symlink.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR)   += xattr.o xattr_user.o xattr_trusted.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL) += acl.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_SECURITY)     += xattr_security.o

ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XIP) += xip.o

這表示與ext2相關的目標檔案由 ext2-y定義的檔案列表組成，其中ext2-$(*)是由核心配置檔案.config中的配置項決定，最終Makefile會在這個目錄下統一生成一個目標檔案ext2.o（由obj-$(CONFIG_EXT2_FS)決定）。其中obj-y表示為生成vmlinux檔案所需要的目標檔案集合，具體的檔案依賴於核心配置。

Makefile會編譯所有的$(obj-y)中定義的檔案，然後呼叫連結器將這些檔案連結到built-in.o檔案中。最終built-in.o檔案通過頂層Makefile連結到vmlinux中。值得注意的是$(obj-y)的檔案順序很重要。列表檔案可以重複，檔案第一次出現時將會連結到built-in.o中，後來出現的同名檔案將會被忽略。檔案順序直接決定了他們被呼叫的順序，這一點讀者需要特別注意。

讀者可能會在某些Makefile中發現lib-y定義，所有包含在lib-y定義中的目標檔案都將會被編譯到該目錄下一個統一的庫檔案中。值得注意的是lib-y定義一般被限制在 lib和arch/$(ARCH)/lib 目錄中。

體系makefile檔案和頂層makefile檔案共同定義瞭如何建立vmlinux檔案的規則。

     $(head-y) 列舉首先連結到vmlinux的物件檔案。
     $(libs-y) 列舉了能夠找到lib.a檔案的目錄。
其餘的變數列舉了能夠找到內嵌物件檔案的目錄。
     $(init-y) 列舉的物件位於$(head-y)物件之後。
然後是如下位置順序：
     $(core-y), $(libs-y), $(drivers-y) 和 $(net-y)。
頂層makefile定義了所有通用目錄，arch/$(ARCH)/Makefile檔案只需增加體系相關的目錄。
例如: #arch/i386/Makefile
           libs-y                   += arch/i386/lib/

core-y                   += arch/i386/kernel/ /

                                           arch/i386/mm/ /

                                           arch/i386/$(mcore-y)/ /

                                           arch/i386/crypto/

drivers-$(CONFIG_MATH_EMULATION) += arch/i386/math-emu/

drivers-$(CONFIG_PCI)            += arch/i386/pci/

           …………………………………………

2)        目錄遞迴

Makefile檔案只負責當前目錄下的目標檔案，子目錄中的檔案由子目錄中的makefile負責編譯，編譯系統使用obj-y 和 obj-m來自動遞迴編譯各個子目錄中的檔案。

對於fs/Makefile:

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/

如果在核心配置檔案.config中，CONFIG_EXT2_FS被設定為y或者m，則核心makefile會自動進入ext2目錄來進行編譯。核心Makefile只使用這些資訊來決定是否需要編譯這個目錄，子目錄中的makefile規定哪些檔案編譯為模組，哪些檔案編譯進核心。

3)        依賴關係

Linux Makefile通過在編譯過程中生成的 .檔名.o.cmd（比如對於main.c檔案，它對應的依賴檔名為.main.o.cmd）來定義相關的依賴關係。

一般檔案的依賴關係由如下部分組成：

Ø         所有的前期依賴檔案（包括所有相關的*.c 和 *.h）

Ø         所有與CONFIG_選項相關的檔案

Ø         編譯目標檔案所使用到的命令列

        位於init目錄下的main.c檔案的依賴檔案.main.o.cmd內容如下，讀者可以結合起來理解上述檔案依賴關係的三個組成部分:

cmd_init/main.o := gcc -m32 -Wp,-MD,init/.main.o.d  -nostdinc -isystem /usr/lib/gcc-lib/i386-redhat-linux/3.2.2/include -D__KERNEL__ -Iinclude -Iinclude2 -I/home/linux/linux-2.6.17.11/include -include include/linux/autoconf.h -I/home/linux/linux-2.6.17.11/init -Iinit -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs -fno-strict-aliasing -fno-common -Os -fomit-frame-pointer -pipe -msoft-float -mpreferred-stack-boundary=2 -march=i686 -mcpu=pentium4 -mregparm=3 -ffreestanding -I/home/linux/linux-2.6.17.11/include/asm-i386/mach-default -Iinclude/asm-i386/mach-default  -D"KBUILD_STR(s)=/#s" -D"KBUILD_BASENAME=KBUILD_STR(main)"  -D"KBUILD_MODNAME=KBUILD_STR(main)" -c -o init/.tmp_main.o /home/linux/linux-2.6.17.11/init/main.c

deps_init/main.o := /

                /home/linux/linux-2.6.17.11/init/main.c /

                $(wildcard include/config/x86/local/apic.h) /

$(wildcard include/config/acpi.h) /

# 由於篇幅的關係，此處略去一些定義

……………………………………..

include2/asm/mpspec_def.h /

           /home/linux/linux-2.6.17.11/include/asm-i386/mach-default/mach_mpspec.h /

           include2/asm/io_apic.h /

           include2/asm/apic.h /

init/main.o: $(deps_init/main.o)

$(deps_init/main.o):

4)        特殊規則

特殊規則使用在核心編譯需要規則定義而沒有相應定義的時候。典型的例子如編譯時標頭檔案的產生規則。其他例子有體系makefile編譯引導映像的特殊規則。特殊規則寫法同普通的makefile規則。
編譯程式在makefile所在的目錄不能被執行，因此所有的特殊規則需要提供前期檔案和目標檔案的相對路徑。
定義特殊規則時將使用到兩個變數：
     $(src)： $(src)是對於makefile檔案目錄的相對路徑，當使用程式碼樹中的檔案時

使用該變數$(src)。
     $(obj)： $(obj)是目標檔案目錄的相對路徑。生成檔案使用$(obj)變數。
例如: #drivers/scsi/Makefile
     $(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl 
        $(CPP) -DCHIP=810 - < $< | ... $(src)/script_asm.pl
這就是使用普通語法的特殊編譯規則。
目標檔案依賴於兩個前提檔案。目標檔案的字首是$(obj), 前提檔案的字首是

$(src)(因為它們不是生成檔案)。

5)        引導映象

體系makefile檔案定義了編譯vmlinux檔案的目標物件，將它們壓縮和封裝成引導程式碼，並複製到合適的位置。這包括各種安裝命令。在Linux中Makefile無法為所有的體系結構提供標準化的方法，因此常需要具體硬體體系結構下makefile提供附加處理規則。
附加處理過程常位於arch/$(ARCH)/下的boot/目錄。
核心編譯體系無法在boot/目錄下提供一種便捷的方法建立目標系統檔案。因此arch/$(ARCH)/Makefile要呼叫make命令在boot/目錄下建立目標系統檔案。建議使用的方法是在arch/$(ARCH)/Makefile中設定呼叫，並且使用完整路徑引用arch/$(ARCH)/boot/Makefile。
例如: #arch/i386/Makefile
           boot := arch/i386/boot
           bzImage: vmlinux 
              $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) $(boot)/[email protected]
     建議使用"$(Q)$(MAKE) $(build)=<dir>"方式在子目錄中呼叫make命令。
當執行不帶引數的make命令時，將首先編譯第一個目標物件。在頂層makefile中第一個目標物件是all:。
一個體繫結構需要定義一個預設的可引導映像。
增加新的前提檔案給all目標可以設定不同於vmlinux的預設目標物件。
例如: #arch/i386/Makefile
           all: bzImage 
     當執行不帶引數的"make"命令時，bzImage檔案將被編譯。

6)        常用編譯命令

if_changed
        如果必要，執行傳遞的命令。
        用法: 
          $(builtin-target): $(obj-y) FORCE

$(call if_changed,link_o_target)
        當這條規則被使用時它將檢查哪些檔案需要更新，或命令列被改變。後面這種情況將迫使

重新編譯編譯選項被改變的執行檔案。使用if_changed的目標物件必須列舉在$( builtin-target)中，否則命令列檢查將失敗，目標一直會編譯。

if_changed_dep

如果必要，執行傳遞的命令並更新依賴檔案。

用法：

%.o: %.S FORCE

       $(call if_changed_dep,as_o_S)

當這條規則被使用時它將檢查哪些檔案需要更新，或命令列被改變。同時它會重新檢測依賴關係的改變並將生成新的依賴檔案。這是與if_changed命令的區別。

7)        定製命令

當正常執行帶編譯命令時命令的簡簡訊息會被顯示（要想顯示詳細的命令，請在命令列中加入V＝1）。要讓定製命令具有這種功能需要設定兩個變數：
      quiet_cmd_<command> - 將被顯示的內容 
      cmd_<command>      - 被執行的命令
例如: #
           quiet_cmd_image = BUILD   [email protected] 
            cmd_image = $(obj)/tools/build $(BUILDFLAGS) / 
                    $(obj)/vmlinux.bin > [email protected]
           targets += bzImage
           $(obj)/bzImage: $(obj)/vmlinux.bin $(obj)/tools/build FORCE 
                $(call if_changed,image)
                @echo 'Kernel: [email protected] is ready'
執行make命令編譯$(obj)/bzImage目標時將顯示：
     BUILD   arch/i386/boot/bzImage

8)        預處理連結指令碼

當編譯vmlinux映像時將使用arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds連結指令碼。
相同目錄下的vmlinux.lds.S檔案是這個指令碼的預處理的變體。核心編譯系統知曉.lds

檔案。並使用規則*lds.S -> *lds。
例如: #arch/i386/kernel/Makefile
           always := vmlinux.lds
           #Makefile
           export CPPFLAGS_vmlinux.lds += -P -C -U$(ARCH)
        $(always)賦值語句告訴編譯系統編譯目標是vmlinux.lds。$(CPPFLAGS_vmlinux.lds)

賦值語句告訴編譯系統編譯vmlinux.lds目標的編譯選項。
編譯*.lds時將使用到下面這些變數：
        CPPFLAGS      : 定義在頂層Makefile
        EXTRA_CPPFLAGS      : 可以設定在編譯的makefile檔案中
        CPPFLAGS_$(@F) : 目標編譯選項。注意要使用檔案全名。

9)        主機輔助程式的編譯

核心編譯系統支援在編譯階段編譯主機可執行程式。為了使用主機程式需要兩個步驟：第一個步驟使用hostprogs-y變數告訴核心編譯系統有主機程式可用。第二步給主機程式新增潛在的依賴關係。有兩種方法，在規則中增加依賴關係或使用$(always)變數。這一部分的內容相對於其他核心檔案的編譯要簡單的多，感興趣的讀者可以參考scripts/Makefile.build中的相關內容。

10)     Clean機制

clean命令清除在編譯核心生成的大部分檔案，例如主機程式，列舉在 $(hostprogs-y)、$(hostprogs-m)、$(always)、$(extra-y)和$(targets)中目標檔案都將被刪除。程式碼目錄數中的"*.[oas]"、"*.ko"檔案和一些由編譯系統產生的附加檔案也將被刪除。
附加檔案可以使用$(clean-files)進行定義。
例如: #drivers/pci/Makefile
           clean-files := devlist.h classlist.h
當執行"make clean"命令時， "devlist.h classlist.h"兩個檔案將被刪除。核心編譯系統預設這些檔案與makefile具有相同的相對路徑，否則需要設定以'/'開頭的絕對路徑。
刪除整個目錄使用以下方式：
例如: #scripts/package/Makefile
     clean-dirs := $(objtree)/debian/
  這樣就將刪除包括子目錄在內的整個debian目錄。如果不使用以'/'開頭的絕對路徑核心編譯系統見預設使用相對路徑。
通常核心編譯系統根據"obj-* := dir/"進入子目錄，但是在體系makefile中需要顯式使用如下方式：
例如: #arch/i386/boot/Makefile
           subdir- := compressed/
  上面賦值語句指示編譯系統執行"make clean"命令時進入compressed/目錄。
在編譯最終的引導映像檔案的makefile中有一個可選的目標物件名稱是archclean。
例如: #arch/i386/Makefile
           archclean: 
              $(Q)$(MAKE) $(clean)=arch/i386/boot
  當執行"make clean"時編譯器進入arch/i386/boot並象通常一樣工作。arch/i386/boot       中的makefile檔案可以使用subdir-標識進入更下層的目錄。
注意1: arch/$(ARCH)/Makefile不能使用"subdir-"，因為它被包含在頂層makefile檔案中，在這個位置編譯機制是不起作用的。
注意2: 所有列舉在core-y、libs-y、drivers-y和net-y中的目錄將被"make clean"命令清除。

4 小結

隨著Linux的飛速發展，越來越多的開發人員將關注的焦點集中到Linux的研究和開發上。如果想對Linux核心進行研究和開發，就必須首先熟悉Linux 核心Makefile的組織和編譯過程。目前Linux最新的穩定核心版本為2.6.17，但是當今絕大部分對於Linux Makefile的介紹都是基於2.4核心的，可以說關於2.6核心Makefile相關的文章鳳毛麟角，我特意抽時間完成了這篇分析文章，讓讀者迅速熟悉Linux最新Makefile體系，從而加深對核心的理解，同時也希望能對Linux在公司的推廣起到一定的推動作用。

5 參考資料