linux內(nèi)核的配置系統(tǒng)由幾部分組成

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linux內(nèi)核的配置系統(tǒng)由3部分組成：1、Makefile，分布在Linux內(nèi)核源代碼根目錄及各層目錄中，定義Linux內(nèi)核的編譯規(guī)則；2、配置文件（config.in），給用戶提供配置選擇的能力；3、配置工具，包括配置命令解釋器（對(duì)配置腳本中使用的配置命令進(jìn)行解釋）和配置用戶界面。

linux內(nèi)核的配置系統(tǒng)由幾部分組成

本教程操作環(huán)境：linux7.3系統(tǒng)、Dell G3電腦。

Linux內(nèi)核的配置系統(tǒng)由三部分組成，它們分別是：Makefile、配置文件（ config.in ）、配置工具。

  • Makefile：分布在 Linux 內(nèi)核源代碼根目錄及各層目錄中，定義 Linux 內(nèi)核的編譯規(guī)則；

  • 配置文件（config.in）：給用戶提供配置選擇的能力；

  • 配置工具：包括配置命令解釋器（對(duì)配置腳本中使用的配置命令進(jìn)行解釋）和配置用戶界面（提供基于字符界面、基于 Ncurses 圖形界面以及基于 Xwindows 圖形界面的用戶配置界面，各自對(duì)應(yīng)于 Make config、Make menuconfig 和 make xconfig）。

這些配置工具都是使用腳本語言，如 Tcl/TK、Perl 編寫的（也包含一些用 C 編寫的代碼）。本文并不是對(duì)配置系統(tǒng)本身進(jìn)行分析，而是介紹如何使用配置系統(tǒng)。所以，除非是配置系統(tǒng)的維護(hù)者，一般的內(nèi)核開發(fā)者無須了解它們的原理，只需要知道如何編寫 Makefile 和配置文件就可以。所以，在本文中，我們只對(duì) Makefile 和配置文件進(jìn)行討論。另外，凡是涉及到與具體 CPU 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)容，我們都以 ARM 為例，這樣不僅可以將討論的問題明確化，而且對(duì)內(nèi)容本身不產(chǎn)生影響。

Makefile

Makefile概述

Makefile的作用是根據(jù)配置的情況，構(gòu)造出需要編譯的源文件列表，然后分別編譯，并把目標(biāo)代碼鏈接到一起，最終形成linux內(nèi)核二進(jìn)制文件。?

由于Linux內(nèi)核源代碼是按照樹形結(jié)構(gòu)組織的，所以Makefile也被分布在目錄樹中。Linux內(nèi)核中的Makefile以及Makefile直接相關(guān)的文件有：?

  • ?Makefile：頂層 Makefile，是整個(gè)內(nèi)核配置、編譯的總體控制文件。?

  • .config：內(nèi)核配置文件，包含由用戶選擇的配置選項(xiàng)，用來存放內(nèi)核配置后的結(jié)果（如 make config）。?

  • arch/*/Makefile：位于各種 CPU 體系目錄下的 Makefile，如 arch/arm/Makefile，是針對(duì)特定平臺(tái)的 Makefile。?

  • 各個(gè)子目錄下的 Makefile：比如 drivers/Makefile，負(fù)責(zé)所在子目錄下源代碼的管理。?

  • Rules.make：規(guī)則文件，被所有的 Makefile 使用。?

用戶通過 make config 配置后，產(chǎn)生了 .config。頂層 Makefile 讀入 .config 中的配置選擇。頂層 Makefile 有兩個(gè)主要的任務(wù)：產(chǎn)生 vmlinux 文件和內(nèi)核模塊（module）。為了達(dá)到此目的，頂層 Makefile 遞歸的進(jìn)入到內(nèi)核的各個(gè)子目錄中，分別調(diào)用位于這些子目錄中的 Makefile。至于到底進(jìn)入哪些子目錄，取決于內(nèi)核的配置。在頂層 Makefile 中，有一句：include arch/$(ARCH)/Makefile，包含了特定 CPU 體系結(jié)構(gòu)下的 Makefile，這個(gè) Makefile 中包含了平臺(tái)相關(guān)的信息。

位于各個(gè)子目錄下的 Makefile 同樣也根據(jù) .config 給出的配置信息，構(gòu)造出當(dāng)前配置下需要的源文件列表，并在文件的最后有 include $(TOPDIR)/Rules.make。

Rules.make 文件起著非常重要的作用，它定義了所有 Makefile 共用的編譯規(guī)則。比如，如果需要將本目錄下所有的 c 程序編譯成匯編代碼，需要在 Makefile 中有以下的編譯規(guī)則：

%.s: %.c
? ? (CC) ?(CFLAGS) -S ? ? ?o ?@

有很多子目錄下都有同樣的要求，就需要在各自的 Makefile 中包含此編譯規(guī)則，這會(huì)比較麻煩。而 Linux 內(nèi)核中則把此類的編譯規(guī)則統(tǒng)一放置到 Rules.make 中，并在各自的 Makefile 中包含進(jìn)了 Rules.make（include Rules.make），這樣就避免了在多個(gè) Makefile 中重復(fù)同樣的規(guī)則。對(duì)于上面的例子，在 Rules.make 中對(duì)應(yīng)的規(guī)則為：

%.s: %.c
? ? (CC) ?(CFLAGS) ? ? (EXTRACFLAGS) ?(CFLAGS_ ? ? (?F)) ?(CFLAGS_ ? ? @)?S ?

Makefile中的變量

頂層 Makefile 定義并向環(huán)境中輸出了許多變量，為各個(gè)子目錄下的 Makefile 傳遞一些信息。有些變量，比如 SUBDIRS，不僅在頂層 Makefile 中定義并且賦初值，而且在 arch/*/Makefile 還作了擴(kuò)充。

常用的變量有以下幾類：

1） 版本信息
版本信息有：VERSION，PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。 版本信息定義了當(dāng)前內(nèi)核的版本，比如 VERSION=2，PATCHLEVEL=4，SUBLEVEL=18，EXATAVERSION=-rmk7，它們共同構(gòu)成內(nèi)核的發(fā)行版本KERNELRELEASE：2.4.18-rmk7

2） CPU 體系結(jié)構(gòu)：ARCH
在頂層 Makefile 的開頭，用 ARCH 定義目標(biāo) CPU 的體系結(jié)構(gòu)，比如 ARCH:=arm 等。許多子目錄的 Makefile 中，要根據(jù) ARCH 的定義選擇編譯源文件的列表。

3） 路徑信息：TOPDIR, SUBDIRS
TOPDIR 定義了 Linux 內(nèi)核源代碼所在的根目錄。例如，各個(gè)子目錄下的 Makefile 通過 $(TOPDIR)/Rules.make 就可以找到 Rules.make 的位置。
SUBDIRS 定義了一個(gè)目錄列表，在編譯內(nèi)核或模塊時(shí)，頂層 Makefile 就是根據(jù) SUBDIRS 來決定進(jìn)入哪些子目錄。SUBDIRS 的值取決于內(nèi)核的配置，在頂層 Makefile 中 SUBDIRS 賦值為 kernel drivers mm fs net ipc lib；根據(jù)內(nèi)核的配置情況，在 arch/*/Makefile 中擴(kuò)充了 SUBDIRS 的值，參見4）中的例子。

4） 內(nèi)核組成信息：HEAD, CORE_FILES, NETWORKS, DRIVERS, LIBS
Linux 內(nèi)核文件 vmlinux 是由以下規(guī)則產(chǎn)生的：

vmlinux:?$(CONFIGURATION)?init/main.o?init/version.o?linuxsubdirs ????$(LD)?$(LINKFLAGS)?$(HEAD)?init/main.o?init/version.o? ????????--start-group? ????????$(CORE_FILES)? ????????$(DRIVERS)? ????????$(NETWORKS)? ????????$(LIBS)? ????????--end-group? ????????-o?vmlinux

可以看出，vmlinux 是由 HEAD、main.o、version.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS 和 LIBS 組成的。這些變量（如 HEAD）都是用來定義連接生成 vmlinux 的目標(biāo)文件和庫文件列表。其中，HEAD在arch/*/Makefile 中定義，用來確定被最先鏈接進(jìn) vmlinux 的文件列表。比如，對(duì)于 ARM 系列的 CPU，HEAD 定義為：

HEAD????????????:=?arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o? ???????????????????arch/arm/kernel/init_task.o

表明 head-$(PROCESSOR).o 和 init_task.o 需要最先被鏈接到 vmlinux 中。PROCESSOR 為 armv 或 armo，取決于目標(biāo) CPU。 CORE_FILES，NETWORK，DRIVERS 和 LIBS 在頂層 Makefile 中定義，并且由 arch/*/Makefile 根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。 CORE_FILES 對(duì)應(yīng)著內(nèi)核的核心文件，有 kernel/kernel.o，mm/mm.o，fs/fs.o，ipc/ipc.o，可以看出，這些是組成內(nèi)核最為重要的文件。同時(shí)，arch/arm/Makefile 對(duì) CORE_FILES 進(jìn)行了擴(kuò)充：

#?arch/arm/Makefile #?If?we?have?a?machine-specific?directory,?then?include?it?in?the?build. MACHDIR?????????:=?arch/arm/mach-$(MACHINE) ifeq?($(MACHDIR),$(wildcard?$(MACHDIR))) SUBDIRS?????????+=?$(MACHDIR) CORE_FILES??????:=?$(MACHDIR)/$(MACHINE).o?$(CORE_FILES) endif HEAD????????????:=?arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o? ???????????????????arch/arm/kernel/init_task.o SUBDIRS?????????+=?arch/arm/kernel?arch/arm/mm?arch/arm/lib?arch/arm/nwfpe CORE_FILES??????:=?arch/arm/kernel/kernel.o?arch/arm/mm/mm.o?$(CORE_FILES) LIBS????????????:=?arch/arm/lib/lib.a?$(LIBS)

5） 編譯信息：CPP, CC, AS, LD, AR，CFLAGS，LINKFLAGS
在 Rules.make 中定義的是編譯的通用規(guī)則，具體到特定的場合，需要明確給出編譯環(huán)境，編譯環(huán)境就是在以上的變量中定義的。針對(duì)交叉編譯的要求，定義了 CROSS_COMPILE。比如：

CROSS_COMPILE???=?arm-linux- CC??????????????=?$(CROSS_COMPILE)gcc LD??????????????=?$(CROSS_COMPILE)ld

CROSS_COMPILE 定義了交叉編譯器前綴 arm-linux-，表明所有的交叉編譯工具都是以 arm-linux- 開頭的，所以在各個(gè)交叉編譯器工具之前，都加入了 $(CROSS_COMPILE)，以組成一個(gè)完整的交叉編譯工具文件名，比如 arm-linux-gcc。
CFLAGS 定義了傳遞給 C 編譯器的參數(shù)。
LINKFLAGS 是鏈接生成 vmlinux 時(shí)，由鏈接器使用的參數(shù)。LINKFLAGS 在 arm/*/Makefile 中定義，比如：

#?arch/arm/Makefile LINKFLAGS???????:=-p?-X?-T?arch/arm/vmlinux.lds

Rules.make變量

前面講過，Rules.make 是編譯規(guī)則文件，所有的 Makefile 中都會(huì)包括 Rules.make。Rules.make 文件定義了許多變量，最為重要是那些編譯、鏈接列表變量。

O_OBJS，L_OBJS，OX_OBJS，LX_OBJS：本目錄下需要編譯進(jìn) Linux 內(nèi)核 vmlinux 的目標(biāo)文件列表，其中 OX_OBJS 和 LX_OBJS 中的 “X” 表明目標(biāo)文件使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號(hào)。

M_OBJS，MX_OBJS：本目錄下需要被編譯成可裝載模塊的目標(biāo)文件列表。同樣，MX_OBJS 中的 “X” 表明目標(biāo)文件使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號(hào)。

O_TARGET，L_TARGET：每個(gè)子目錄下都有一個(gè) O_TARGET 或 L_TARGET，Rules.make 首先從源代碼編譯生成 O_OBJS 和 OX_OBJS 中所有的目標(biāo)文件，然后使用 $(LD) -r 把它們鏈接成一個(gè) O_TARGET 或 L_TARGET。O_TARGET 以 .o 結(jié)尾，而 L_TARGET 以 .a 結(jié)尾。

子目錄Makefile

目錄 Makefile 用來控制本級(jí)目錄以下源代碼的編譯規(guī)則。我們通過一個(gè)例子來講解子目錄 Makefile 的組成：

#?Makefile?for?the?linux?kernel. # #?All?of?the?(potential)?objects?that?export?symbols. #?This?list?comes?from?'grep?-l?EXPORT_SYMBOL?*.[hc]'. export-objs?:=?tc.o #?Object?file?lists. obj-y???????:= obj-m???????:= obj-n???????:= obj-????????:= obj-$(CONFIG_TC)?+=?tc.o obj-$(CONFIG_ZS)?+=?zs.o obj-$(CONFIG_VT)?+=?lk201.o?lk201-map.o?lk201-remap.o #?Files?that?are?both?resident?and?modular:?remove?from?modular. obj-m???????:=?$(filter-out?$(obj-y),?$(obj-m)) #?Translate?to?Rules.make?lists. L_TARGET????:=?tc.a L_OBJS??????:=?$(sort?$(filter-out?$(export-objs),?$(obj-y))) LX_OBJS?????:=?$(sort?$(filter?????$(export-objs),?$(obj-y))) M_OBJS??????:=?$(sort?$(filter-out?$(export-objs),?$(obj-m))) MX_OBJS?????:=?$(sort?$(filter?????$(export-objs),?$(obj-m))) include?$(TOPDIR)/Rules.make

a) 注釋?

對(duì) Makefile 的說明和解釋，由#開始。

b) 編譯目標(biāo)定義?

類似于 obj-(CONFIGTC)+=tc.o的語句是用來定義編譯的目標(biāo)，是子目錄Makefile中最重要的部分。編譯目標(biāo)定義那些在本子目錄下，需要編譯到Linux內(nèi)核中的目標(biāo)文件列表。為了只在用戶選擇了此功能后才編譯，所有的目標(biāo)定義都融合了對(duì)配置變量的判斷。前面說過，每個(gè)配置變量取值范圍是：y，n，m和空，obj?(CONFIG_TC) 分別對(duì)應(yīng)著 obj-y，obj-n，obj-m，obj-。如果 CONFIG_TC 配置為 y，那么 tc.o 就進(jìn)入了 obj-y 列表。obj-y 為包含到 Linux 內(nèi)核 vmlinux 中的目標(biāo)文件列表；obj-m 為編譯成模塊的目標(biāo)文件列表；obj-n 和 obj- 中的文件列表被忽略。配置系統(tǒng)就根據(jù)這些列表的屬性進(jìn)行編譯和鏈接。

export-objs 中的目標(biāo)文件都使用了 EXPORT_SYMBOL() 定義了公共的符號(hào)，以便可裝載模塊使用。在 tc.c 文件的最后部分，有 “EXPORT_SYMBOL(search_tc_card);”，表明 tc.o 有符號(hào)輸出。?

這里需要指出的是，對(duì)于編譯目標(biāo)的定義，存在著兩種格式，分別是老式定義和新式定義。老式定義就是前面 Rules.make 使用的那些變量，新式定義就是 obj-y，obj-m，obj-n 和 obj-。Linux 內(nèi)核推薦使用新式定義，不過由于 Rules.make 不理解新式定義，需要在 Makefile 中的適配段將其轉(zhuǎn)換成老式定義。

c) 適配段?

適配段的作用是將新式定義轉(zhuǎn)換成老式定義。在上面的例子中，適配段就是將 obj-y 和 obj-m 轉(zhuǎn)換成 Rules.make 能夠理解的 L_TARGET，L_OBJS，LX_OBJS，M_OBJS，MX_OBJS。

L_OBJS := (sort(filter-out (export?objs),(obj-y))) 定義了 L_OBJS 的生成方式：在 obj-y 的列表中過濾掉 export-objs（tc.o），然后排序并去除重復(fù)的文件名。這里使用到了 GNU Make 的一些特殊功能，具體的含義可參考 Make 的文檔（info make）。

d) include $(TOPDIR)/Rules.make

配置文件

配置文件功能概述

除了 Makefile 的編寫，另外一個(gè)重要的工作就是把新功能加入到 Linux 的配置選項(xiàng)中，提供此項(xiàng)功能的說明，讓用戶有機(jī)會(huì)選擇此項(xiàng)功能。所有的這些都需要在 config.in 文件中用配置語言來編寫配置腳本，
在 Linux 內(nèi)核中，配置命令有多種方式：

配置命令 解釋腳本
Make Config，make oldconfig scripts/Configure
Make menuconfig scripts/Menuconfig
Make xconfig scripts/tkparse

以字符界面配置（make config）為例，頂層 Makefile 調(diào)用 scripts/Configure， 按照 arch/arm/config.in 來進(jìn)行配置。命令執(zhí)行完后產(chǎn)生文件 .config，其中保存著配置信息。下一次再做 make config 將產(chǎn)生新的 .config 文件，原 .config 被改名為 .config.old

實(shí)例

對(duì)于一個(gè)開發(fā)者來說，將自己開發(fā)的內(nèi)核代碼加入到 Linux 內(nèi)核中，需要有三個(gè)步驟。首先確定把自己開發(fā)代碼放入到內(nèi)核的位置；其次，把自己開發(fā)的功能增加到 Linux 內(nèi)核的配置選項(xiàng)中，使用戶能夠選擇此功能；最后，構(gòu)建子目錄 Makefile，根據(jù)用戶的選擇，將相應(yīng)的代碼編譯到最終生成的 Linux 內(nèi)核中去。下面，我們就通過一個(gè)簡單的例子–test driver，結(jié)合前面學(xué)到的知識(shí)，來說明如何向 Linux 內(nèi)核中增加新的功能。

目錄結(jié)構(gòu)

test driver 放置在 drivers/test/ 目錄下：

cddrivers/testtree

.
|– Config.in
|– Makefile
|– cpu
| |– Makefile
| -- cpu.c
|-- test.c
|-- test_client.c
|-- test_ioctl.c
|-- test_proc.c
|-- test_queue.c
– test
|– Makefile

配置文件

#?TEST?driver?configuration # mainmenu_option?next_comment comment?'TEST?Driver' bool?'TEST?support'?CONFIG_TEST if?[?"$CONFIG_TEST"?=?"y"?];?then ??tristate?'TEST?user-space?interface'?CONFIG_TEST_USER ??bool?'TEST?CPU?'?CONFIG_TEST_CPU fi endmenu

由于 test driver 對(duì)于內(nèi)核來說是新的功能，所以首先創(chuàng)建一個(gè)菜單 TEST Driver。然后，顯示 “TEST support”，等待用戶選擇；接下來判斷用戶是否選擇了 TEST Driver，如果是（CONFIG_TEST=y），則進(jìn)一步顯示子功能：用戶接口與 CPU 功能支持；由于用戶接口功能可以被編譯成內(nèi)核模塊，所以這里的詢問語句使用了 tristate（因?yàn)?tristate 的取值范圍包括 y、n 和 m，m 就是對(duì)應(yīng)著模塊）。
2） arch/arm/config.in
在文件的最后加入：source drivers/test/Config.in，將 TEST Driver 子功能的配置納入到 Linux 內(nèi)核的配置中。

Makefile

1）drivers/test/Makefile

#???????drivers/test/Makefile # #???????Makefile?for?the?TEST. # SUB_DIRS?????:= MOD_SUB_DIRS?:=?$(SUB_DIRS) ALL_SUB_DIRS?:=?$(SUB_DIRS)?cpu L_TARGET?:=?test.a export-objs?:=?test.o?test_client.o obj-$(CONFIG_TEST)??????????????+=?test.o?test_queue.o?test_client.o obj-$(CONFIG_TEST_USER)?????????+=?test_ioctl.o obj-$(CONFIG_PROC_FS)???????????+=?test_proc.o subdir-$(CONFIG_TEST_CPU)???????+=?cpu include?$(TOPDIR)/Rules.make clean: ????????for?dir?in?$(ALL_SUB_DIRS);?do?make?-C?$$dir?clean;?done ????????rm?-f?*.[oa]?.*.flags

drivers/test 目錄下最終生成的目標(biāo)文件是 test.a。在 test.c 和 test-client.c 中使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號(hào)，所以 test.o 和 test-client.o 位于 export-objs 列表中。然后，根據(jù)用戶的選擇（具體來說，就是配置變量的取值），構(gòu)建各自對(duì)應(yīng)的 obj-* 列表。由于 TEST Driver 中包一個(gè)子目錄 cpu，當(dāng) CONFIG_TEST_CPU=y（即用戶選擇了此功能）時(shí)，需要將 cpu 目錄加入到 subdir-y 列表中。?

2）drivers/test/cpu/Makefile

#???????drivers/test/test/Makefile # #???????Makefile?for?the?TEST?CPU? # SUB_DIRS?????:= MOD_SUB_DIRS?:=?$(SUB_DIRS) ALL_SUB_DIRS?:=?$(SUB_DIRS) L_TARGET?:=?test_cpu.a obj-$(CONFIG_test_CPU)???????+=?cpu.o include?$(TOPDIR)/Rules.make clean: ????????rm?-f?*.[oa]?.*.flags

3）drivers/Makefile

…… subdir-$(CONFIG_TEST)??????+=?test …… include?$(TOPDIR)/Rules.make

在 drivers/Makefile 中加入 subdir-$(CONFIG_TEST)+= test，使得在用戶選擇 TEST Driver 功能后，內(nèi)核編譯時(shí)能夠進(jìn)入 test 目錄。?

4）Makefile

…… DRIVERS-$(CONFIG_PLD)?+=?drivers/pld/pld.o DRIVERS-$(CONFIG_TEST)?+=?drivers/test/test.a DRIVERS-$(CONFIG_TEST_CPU)?+=?drivers/test/cpu/test_cpu.a DRIVERS?:=?$(DRIVERS-y) ……

在頂層 Makefile 中加入 DRIVERS-(CONFIGTEST)+=drivers/test/test.a和DRIVERS?(CONFIGTEST)+=drivers/test/test.a。如何用戶選擇了 TEST Driver，那么 CONFIG_TEST 和 CONFIG_TEST_CPU 都是 y，test.a 和 test_cpu.a 就都位于 DRIVERS-y 列表中，然后又被放置在 DRIVERS 列表中。在前面曾經(jīng)提到過，Linux 內(nèi)核文件 vmlinux 的組成中包括 DRIVERS，所以 test.a 和 test_cpu.a 最終可被鏈接到 vmlinux 中。

相關(guān)推薦：《Linux視頻教程》

以上就是

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