Makefile之探討

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Makefile 初探 
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Linux的內核配置文件有兩個，一個是隱含的.config文件，嵌入到主Makefile中； 
另一個是include/linux/autoconf.h，嵌入到各個c源文件中，它們由make config、 
make menuconfig、make xconfig這些過程創建。幾乎所有的源文件都會通過linux/config.h
而嵌入autoconf.h，如果按照通常方法建立文件依賴關係(.depend)，只要更新過autoconf.h，就會造成所有源代碼的重新編繹。 

為了優化make過程，減少不必要的重新編繹，Linux開發了專用的mkdep工具，用它來取代gcc來生成.depend文件。 
mkdep在處理源文件時，忽略linux/config.h這樣的頭文件，識別源文件宏指令中具有」CONFIG_」特徵的行。 
例如，如果有」#ifdef CONFIG_SMP」這樣的行，它就會在.depend文件中輸出$(wildcard /usr/src/linux/include/config/smp.h)。 

include/config/下的文件是另一個工具split-include從autoconf.h中生成， 
它利用autoconf.h中的CONFIG_標記，生成與mkdep相對應的文件。例如，如果autoconf.h中有」#undef CONFIG_SMP」這一行， 
它就生成include/config/smp.h文件，內容為」#undef CONFIG_SMP」。這些文件名只在.depend文件中出現， 
內核源文件是不會嵌入它們的。每配置一次內核，運行split-include一次。split-include會檢查舊的子文件的內容， 
確定是不是要更新它們。這樣，不管autoconf.h修改日期如何，只要其配置不變，make就不會重新編繹內核。 

如果系統的編繹選項發生了變化，Linux也能進行增量編繹。為了做到這一點，make每編繹一個源文件時生成一個flags文件。 
例如編繹sched.c時，會在相同的目錄下生成隱含的.sched.o.flags文件。它是Makefile的一個片斷， 
當make進入某個子目錄編繹時，會搜索其中的flags文件，將它們嵌入到Makefile中。 
這些flags代碼測試當前的編繹選項與原來的是不是相同，如果相同，就將自已對應的目標文件加入FILES_FLAGS_UP_TO_DATE列表， 
然後，系統從編繹對像表中刪除它們，得到FILES_FLAGS_CHANGED列表，最後，將它們設為目標進行更新。 

下一步準備逐步深入的剖析Makefile代碼。 

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Makefile解讀之二: sub-make
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Linux各級內核源代碼的子目錄下都有Makefile，大多數Makefile要嵌入主目錄下的Rule.make， 
Rule.make將識別各個Makefile中所定義的一些變量。變量obj-y表示需要編繹到內核中的目標文件名集合， 
定義O_TARGET表示將obj-y連接為一個O_TARGET名稱的目標文件，定義L_TARGET表示將obj-y合併為一個L_TARGET名稱的庫文件。 
同樣obj-m表示需要編繹成模塊的目標文件名集合。如果還需進行子目錄make，則需要定義subdir-y和subdir-m。 
在Makefile中，用」obj-$(CONFIG_BINFMT_ELF) += binfmt_elf.o」和」subdir-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2」 
這種形式自動為obj-y、obj-m、subdir-y、subdir-m添加文件名。有時，情況沒有這麼單純，還需要使用條件語句個別對待。 
Makefile中還有其它一些變量，如mod-subdirs定義了subdir-m以外的所有模塊子目錄。 

Rules.make是如何使make進入子目錄的呢? 先來看subdir-y是如何處理的， 
在Rules.make中，先對subdir-y中的每一個文件名加上前綴」_subdir_」再進行排序生成subdir-list集合，再以它作為目標集， 
對其中每一個目標產生一個子make，同時將目標名的前綴去掉得到子目錄名，作為子make的起始目錄參數。subdir-m與subdir-y類似， 
但情況稍微複雜一些。由於subdir-y中可能有模塊定義，因此利用mod-subdirs變量將subdir-y中模塊目錄提取出來， 
再與subdir-m合成一個大的MOD_SUB_DIRS集合。subdir-m的目標所用的前綴是」_modsubdir_」。 

一點說明，子目錄中的Makefile與Rules.make都沒有嵌入.config文件，它是通過主Makefile向下傳遞MAKEFILES變量完成的。 
MAKEFILES是make自已識別的一個變量，在執行新的Makefile之前，make會首先加載MAKEFILES所指的文件。 
在主Makefile中它即指向.config。 


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Makefile解讀之三: 模塊的版本化處理 
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模塊的版本化是內核與模塊接口之間進行嚴格類型匹配的一種方法。當內核配置了CONFIG_MODVERSIONS之後， 
make dep操作會在include/linux/modules/目錄下為各級Makefile中export-objs變量所對應的源文件生成擴展名為.ver的文件。 

例如對於kernel/ksyms.c，make用以下命令生成對應的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宏不進行擴展。genksyms命令識別EXPORT_SYMBOL()中的函數名和對應的原型， 
再根據其原型計算出該函數的版本號。 

例如ksyms.c中有一行： 
EXPORT_SYMBOL(kmalloc);
kmalloc原型是： 
void *kmalloc(size_t, int);
genksyms程序對應的輸出為： 
#define __ver_kmalloc 93d4cfe6
#define kmalloc _set_ver(kmalloc)
在內核符號表和模塊中，kmalloc將變成kmalloc_R93d4cfe6。 

在生成完所有的.ver文件後，make將重建include/linux/modversions.h文件，它包含一系列#include指令行嵌入各個.ver文件。 
在編繹內核本身export-objs中的文件時，make會增加一個」-DEXPORT_SYMTAB」編繹標誌，它使源文件嵌入modversions.h文件， 
將EXPORT_SYMBOL宏展開中的函數名字符串進行版本名擴展；同時，它也定義_set_ver()宏為一空操作，使代碼中的函數名不受其影響。
在編繹模塊時，make會增加」-include=linux/modversion.h -DMODVERSIONS」編繹標誌，使模塊中代碼的函數名得到相應版本擴展。 

由於生成.ver文件比較費時，make還為每個.ver創建了一個後綴為.stamp時戳文件。在make dep時， 
如果其.stamp文件比源文件舊才重新生成.ver文件，否則只是更新.stamp文件時戳。另外，在生成.ver和modversions.h文件時， 
make都會比較新文件和舊文件的內容，保持它們修改時間為最舊。