本文不会介绍如何在你的机器上构建和安装自定义 Linux 内核 —— 如果你需要这方面的帮助,可以找到许多相关资源(参考:Linux 内核官方构建指南、Ubuntu 内核编译教程)。相反,我们将深入探讨当你在 Linux 内核源代码根目录执行make命令时,背后究竟发生了什么。
当我开始研究 Linux 内核源代码时,第一个打开的文件就是 Makefile,它当时让我望而生畏:)。在我撰写这部分内容时,该 Makefile 包含 1591 行代码,对应的内核版本是 4.2.0-rc3。
这个 Makefile 是 Linux 内核源代码中的顶层 Makefile,内核构建过程正是从这里启动。诚然,它的规模十分庞大,而且如果你阅读过 Linux 内核源代码,可能会注意到所有包含源代码的目录都有自己的 Makefile。显然,我们无法逐一描述每个源文件的编译和链接过程,因此仅探讨标准编译场景。本文不会涉及内核文档构建、源代码清理、标签生成、交叉编译相关内容等(交叉编译细节可参考:内核交叉编译官方文档)。我们将从使用标准内核配置文件执行make命令开始,一直讲到 bzImage 镜像的构建完成。
如果你已经熟悉 make 工具会更好(make 工具详细用法可参考:GNU Make 官方手册),但无论如何,我都会尽力解释每一段代码的作用。
那么,让我们开始吧。
在启动内核编译之前,需要完成多项准备工作。核心任务包括确定编译类型、配置编译参数、解析传递给make命令的命令行参数等。接下来,让我们深入分析 Linux 内核的顶层 Makefile。
Linux 内核的顶层 Makefile 负责构建两大核心产物:vmlinux(常驻内核镜像)和模块(所有模块文件)。该 Makefile 以定义以下变量开篇:
VERSION = 4
PATCHLEVEL = 2
SUBLEVEL = 0
EXTRAVERSION = -rc3
NAME = Hurr durr I'm a sheep这些变量定义了当前 Linux 内核的版本信息,并在多个场景中被使用 —— 例如在同一个 Makefile 中构建KERNELVERSION变量:
KERNELVERSION = \$(VERSION)\$(if \$(PATCHLEVEL),.\$(PATCHLEVEL)\$(if \$(SUBLEVEL),.\$(SUBLEVEL)))\$(EXTRAVERSION)随后可以看到几组ifeq条件判断,用于检查传递给make命令的部分参数。Linux 内核的 Makefile 提供了一个特殊的make help目标,用于打印所有可用目标以及可传递给make命令的部分参数。例如:make V=1表示 verbose 构建(详细输出模式)。第一组ifeq判断是否传递了V=n选项:
ifeq ("\$(origin V)", "command line")
KBUILD\_VERBOSE = \$(V)
endif
ifndef KBUILD\_VERBOSE
KBUILD\_VERBOSE = 0
endif
ifeq (\$(KBUILD\_VERBOSE),1)
quiet =
Q =
else
quiet=quiet\_
Q = @
endif
export quiet Q KBUILD\_VERBOSE如果传递了该选项,就将KBUILD_VERBOSE变量设置为V选项的值;否则默认设置为 0。接着根据KBUILD_VERBOSE的值配置quiet和Q变量:@符号用于抑制命令输出,若命令前添加该符号,输出会显示为CC scripts/mod/empty.o,而非完整的Compiling .... scripts/mod/empty.o。最后导出所有这些变量供后续使用。
下一组ifeq判断是否传递了O=/dir选项,该选项用于指定所有输出文件的存放目录:
ifeq (\$(KBUILD\_SRC),)
ifeq ("\$(origin O)", "command line")
KBUILD\_OUTPUT := \$(O)
endif
ifneq (\$(KBUILD\_OUTPUT),)
saved-output := \$(KBUILD\_OUTPUT)
KBUILD\_OUTPUT := \$(shell mkdir -p \$(KBUILD\_OUTPUT) && cd \$(KBUILD\_OUTPUT) && /bin/pwd)
\$(if \$(KBUILD\_OUTPUT),, \$(error failed to create output directory "\$(saved-output)"))
sub-make: FORCE
\$(Q)\$(MAKE) -C \$(KBUILD\_OUTPUT) KBUILD\_SRC=\$(CURDIR) -f \$(CURDIR)/Makefile \$(filter-out \_all sub-make,\$(MAKECMDGOALS))
skip-makefile := 1
endif # ifneq (\$(KBUILD\_OUTPUT),)
endif # ifeq (\$(KBUILD\_SRC),)首先检查KBUILD_SRC变量(表示内核源代码的顶层目录,首次执行 Makefile 时为空)。若传递了O选项,则将KBUILD_OUTPUT变量设置为该选项的值。如果KBUILD_OUTPUT已设置,将执行以下操作:
KBUILD_OUTPUT的值暂存到saved-output变量;make命令(通过-C选项指定目录)。接下来的ifeq判断是否传递了C或M选项:
ifeq ("\$(origin C)", "command line")
KBUILD\_CHECKSRC = \$(C)
endif
ifndef KBUILD\_CHECKSRC
KBUILD\_CHECKSRC = 0
endif
ifeq ("\$(origin M)", "command line")
KBUILD\_EXTMOD := \$(M)
endifC选项指定使用$CHECK环境变量提供的工具(默认是 sparse,sparse 工具详情可参考:sparse 官方仓库)检查所有 C 源代码;M选项用于构建外部模块(外部模块构建指南可参考:内核外部模块开发文档,本文不涉及此场景)。
随后检查KBUILD_SRC变量是否已设置,若未设置则将srctree变量设为当前目录(.):
ifeq (\$(KBUILD\_SRC),)
srctree := .
endif
objtree := .
src := \$(srctree)
obj := \$(objtree)
export srctree objtree VPATH这表明内核源代码树位于执行make命令的当前目录,同时将objtree等变量也设置为该目录并导出。
下一步是获取SUBARCH变量的值,该变量表示底层硬件架构:
SUBARCH := \$(shell uname -m | sed -e s/i.86/x86/ -e s/x86\_64/x86/ \\
-e s/sun4u/sparc64/ \\
-e s/arm.\*/arm/ -e s/sa110/arm/ \\
-e s/s390x/s390/ -e s/parisc64/parisc/ \\
-e s/ppc.\*/powerpc/ -e s/mips.\*/mips/ \\
-e s/sh\[234].\*/sh/ -e s/aarch64.\*/arm64/ )通过执行uname工具获取机器、操作系统和架构信息(uname 工具用法可参考:GNU Coreutils uname 文档),然后解析输出结果并赋值给SUBARCH变量。有了SUBARCH之后,继续设置SRCARCH变量(指定特定架构的目录)和hdr-arch变量(指定头文件目录):
ifeq (\$(ARCH),i386)
SRCARCH := x86
endif
ifeq (\$(ARCH),x86\_64)
SRCARCH := x86
endif
hdr-arch := \$(SRCARCH)注意:ARCH是SUBARCH的别名。
接下来设置KCONFIG_CONFIG变量,该变量表示内核配置文件的路径,默认值为.config(内核配置工具使用指南可参考:内核配置文档):
KCONFIG\_CONFIG ?= .config
export KCONFIG\_CONFIG同时指定内核编译过程中使用的 shell:
CONFIG\_SHELL := \$(shell if \[ -x "\$\$BASH" ]; then echo \$\$BASH; \\
else if \[ -x /bin/bash ]; then echo /bin/bash; \\
else echo sh; fi ; fi)下一组变量与 Linux 内核编译使用的编译器相关,包括主机 C 编译器、C++ 编译器及其编译选项:
HOSTCC = gcc
HOSTCXX = g++
HOSTCFLAGS = -Wall -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -std=gnu89
HOSTCXXFLAGS = -O2这里需要说明:CC是内核编译使用的目标编译器,而HOSTCC用于编译一组主机程序(后续会详细介绍)。gcc 编译器详细参数可参考:GCC 官方文档。
随后定义KBUILD_MODULES和KBUILD_BUILTIN变量,用于确定编译内容(模块、内核或两者皆有):
KBUILD\_MODULES :=
KBUILD\_BUILTIN := 1
ifeq (\$(MAKECMDGOALS),modules)
KBUILD\_BUILTIN := \$(if \$(CONFIG\_MODVERSIONS),1)
endif若仅传递modules目标给make命令,KBUILD_BUILTIN的值将取决于内核配置参数CONFIG_MODVERSIONS(模块版本控制详情可参考:内核模块版本文档)。
下一步是包含 kbuild 文件:
include scripts/Kbuild.includeKbuild(内核构建系统)是用于管理内核及其模块构建的专用基础设施,其文件语法与 Makefile 一致。scripts/Kbuild.include文件为 kbuild 系统提供了一些通用定义(Kbuild 系统详情可参考:Kbuild 官方文档)。
包含该文件后,将定义与内核和模块编译相关的各类工具变量(如链接器、编译器、binutils 工具集等,binutils 工具集详情可参考:GNU Binutils 文档):
AS = \$(CROSS\_COMPILE)as
LD = \$(CROSS\_COMPILE)ld
CC = \$(CROSS\_COMPILE)gcc
CPP = \$(CC) -E
AR = \$(CROSS\_COMPILE)ar
NM = \$(CROSS\_COMPILE)nm
STRIP = \$(CROSS\_COMPILE)strip
OBJCOPY = \$(CROSS\_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = \$(CROSS\_COMPILE)objdump
AWK = awk接着定义USERINCLUDE和LINUXINCLUDE变量,分别指定用户空间头文件目录和内核空间头文件目录的路径:
USERINCLUDE := \\
\$(srctree)/arch/\$(hdr-arch)/include/uapi \\
-Iarch/\$(hdr-arch)/include/generated/uapi \\
\$(srctree)/include/uapi \\
-Iinclude/generated/uapi \\
-include \$(srctree)/include/linux/kconfig.h
LINUXINCLUDE := \\
\$(srctree)/arch/\$(hdr-arch)/include \\
…以及 C 编译器的标准编译选项:
KBUILD\_CFLAGS := -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs \\
-fno-strict-aliasing -fno-common \\
-Werror-implicit-function-declaration \\
-Wno-format-security \\
-std=gnu89注意:这些并非最终的编译选项,其他 Makefile(如架构相关的 kbuild 文件)可能会对其进行修改。
完成所有变量定义后,将导出这些变量供其他 Makefile 使用。RCS_FIND_IGNORE和RCS_TAR_IGNORE变量指定版本控制系统中需要忽略的文件(常见版本控制系统使用指南可参考:Git 官方文档、SVN 官方文档):
export RCS\_FIND\_IGNORE := \\( -name SCCS -o -name BitKeeper -o -name .svn -o \\
-name CVS -o -name .pc -o -name .hg -o -name .git \\) \\
-prune -o
export RCS\_TAR\_IGNORE := --exclude SCCS --exclude BitKeeper --exclude .svn \\
\--exclude CVS --exclude .pc --exclude .hg --exclude .git至此,所有准备工作全部完成,下一步将进入内核构建阶段。
完成所有准备工作后,顶层 Makefile 的下一部分将聚焦内核构建。在此之前,make命令不会向终端输出任何信息,而从现在开始,编译的第一步即将启动。我们需要查看 Linux 内核顶层 Makefile 的第 598 行,找到vmlinux目标:
all: vmlinux
include arch/\$(SRCARCH)/Makefile无需担心我们跳过了export RCS_FIND_IGNORE与all: vmlinux之间的大量代码 —— 这部分负责处理make *.config相关目标,正如本文开头所述,我们仅关注内核的通用构建流程。
all是默认目标(当命令行未指定目标时执行)。这里会包含架构相关的 Makefile(本文以 x86 架构为例,即arch/x86/Makefile),后续流程将基于该 Makefile 继续。可以看到,all目标依赖于vmlinux目标,该目标在顶层 Makefile 的后续部分定义:
vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh \$(vmlinux-deps) FORCEvmlinux是静态链接的可执行文件格式的 Linux 内核。scripts/``link-vmlinux.sh脚本负责将各个编译后的子系统链接合并为vmlinux(链接脚本详情可参考:ld 链接器文档)。第二个依赖项vmlinux-deps的定义如下:
vmlinux-deps := \$(KBUILD\_LDS) \$(KBUILD\_VMLINUX\_INIT) \$(KBUILD\_VMLINUX\_MAIN)它包含 Linux 内核各个顶层目录生成的built-in.o文件。后续遍历内核所有目录时,Kbuild 会编译所有$(obj-y)文件,然后调用$(LD) -r将这些文件合并为一个built-in.o文件。此时vmlinux-deps尚未生成,因此vmlinux目标暂不执行。在我的环境中,vmlinux-deps包含以下文件:
arch/x86/kernel/vmlinux.lds arch/x86/kernel/head\_64.o
arch/x86/kernel/head64.o arch/x86/kernel/head.o
init/built-in.o usr/built-in.o
fs/built-in.o block/built-in.o
lib/lib.a lib/built-in.o
kernel/built-in.o arch/x86/power/built-in.o
arch/x86/built-in.o mm/built-in.o
ipc/built-in.o sound/built-in.o
security/built-in.o crypto/built-in.o
lib/lib.a arch/x86/lib/lib.a
arch/x86/lib/built-in.o drivers/built-in.o
firmware/built-in.o arch/x86/pci/built-in.o
arch/x86/video/built-in.o net/built-in.o接下来执行的目标如下:
\$(sort \$(vmlinux-deps)): \$(vmlinux-dirs) ;
\$(vmlinux-dirs): prepare scripts
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=\$@vmlinux-dirs依赖于prepare和scripts两个目标。prepare在顶层 Makefile 中定义,包含三个准备阶段:
prepare: prepare0
prepare0: archprepare FORCE
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=.
archprepare: archheaders archscripts prepare1 scripts\_basic
prepare1: prepare2 \$(version\_h) include/generated/utsrelease.h include/config/auto.conf
\$(cmd\_crmodverdir)
prepare2: prepare3 outputmakefile asm-generic第一个阶段prepare0会展开为archprepare,而archprepare又包含archheaders和archscripts(定义在 x86_64 架构专用的 Makefile 中)。让我们深入分析该 Makefile:x86_64 架构的 Makefile 首先定义与架构相关的配置变量(如 defconfig,defconfig 详情可参考:内核 defconfig 文档),随后定义 16 位代码的编译选项、BITS变量(i386 架构为 32,x86_64 架构为 64)、汇编源代码的编译选项、链接器选项等(所有定义可在arch/x86/Makefile中查看)。
该 Makefile 中的第一个目标archheaders用于生成系统调用表(系统调用表详情可参考:Linux 系统调用文档):
archheaders:
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=arch/x86/entry/syscalls all第二个目标archscripts定义如下:
archscripts: scripts\_basic
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=arch/x86/tools relocs它依赖于顶层 Makefile 中的scripts_basic目标。首先执行scripts_basic目标,该目标会对scripts/basic目录的 Makefile 执行make命令:
scripts\_basic:
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=scripts/basicscripts/basic/Makefile包含两个主机程序的编译目标:fixdep和bin2c:
hostprogs-y := fixdep
hostprogs-\$(CONFIG\_BUILD\_BIN2C) += bin2c
always := \$(hostprogs-y)
\$(addprefix \$(obj)/,\$(filter-out fixdep,\$(always))): \$(obj)/fixdepfixdep:优化 gcc 生成的依赖列表,告知make何时需要重新编译源文件;bin2c:依赖于内核配置选项CONFIG_BUILD_BIN2C,是一个小型 C 程序,可将标准输入的二进制文件转换为 C 语言头文件输出。注意:hostprogs-y这类符号是所有 kbuild 文件的标准表示法,更多细节可参考 Kbuild 语法文档。在本场景中,hostprogs-y告知 kbuild 需要构建一个名为fixdep的主机程序,其源代码fixdep.c位于当前 Makefile 所在目录。执行make命令后,终端输出的第一条信息即来自该 kbuild 文件:
\$ make
HOSTCC scripts/basic/fixdepscripts_basic目标执行完成后,archscripts目标会对arch/x86/tools目录的 Makefile 执行make命令,并指定relocs目标:
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=arch/x86/tools relocs该目标会编译relocs_32.c和relocs_64.c(包含重定位信息,重定位技术详情可参考:ELF 重定位文档),终端输出如下:
HOSTCC arch/x86/tools/relocs\_32.o
HOSTCC arch/x86/tools/relocs\_64.o
HOSTCC arch/x86/tools/relocs\_common.o
HOSTLD arch/x86/tools/relocs编译relocs.c后,会检查version.h文件:
\$(version\_h): \$(srctree)/Makefile FORCE
\$(call filechk,version.h)
\$(Q)rm -f \$(old\_version\_h)终端输出如下:
CHK include/config/kernel.release
CHK include/generated/utsrelease.h随后通过顶层 Makefile 中的asm-generic目标构建通用汇编头文件(生成于arch/x86/include/generated/asm目录,汇编语言详情可参考:x86 汇编指南)。asm-generic目标完成后,archprepare阶段结束,prepare0目标开始执行:
prepare0: archprepare FORCE
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=.注意$(build)的定义:它来自scripts/Kbuild.include,具体如下:
build := -f \$(srctree)/scripts/Makefile.build obj在本场景中,obj参数指定当前源代码目录(.),因此上述命令等价于:
\$(Q)\$(MAKE) -f \$(srctree)/scripts/Makefile.build obj=.scripts/Makefile.build会根据obj参数指定的目录查找 Kbuild 文件,包含该文件并构建其中定义的目标。在当前目录(.)中,Kbuild 文件用于生成kernel/bounds.s和arch/x86/kernel/asm-offsets.s。完成这些操作后,prepare目标执行完毕。
vmlinux-dirs还依赖于scripts目标,该目标用于编译一系列工具程序:file2alias、mk_elfconfig、modpost等(这些工具详情可参考:内核模块工具文档)。scripts目录的主机程序编译完成后,vmlinux-dirs目标即可执行。首先明确vmlinux-dirs包含的内容 —— 在我的环境中,它包含以下内核目录路径:
init usr arch/x86 kernel mm fs ipc security crypto block
drivers sound firmware arch/x86/pci arch/x86/power
arch/x86/video net lib arch/x86/libvmlinux-dirs的定义位于顶层 Makefile:
vmlinux-dirs := \$(patsubst %/,%,\$(filter %/, \$(init-y) \$(init-m) \\
\$(core-y) \$(core-m) \$(drivers-y) \$(drivers-m) \\
\$(net-y) \$(net-m) \$(libs-y) \$(libs-m)))
init-y := init/
drivers-y := drivers/ sound/ firmware/
net-y := net/
libs-y := lib/
...通过patsubst和filter函数移除每个目录末尾的/符号,最终生成vmlinux-dirs列表。以下代码会递归遍历vmlinux-dirs中的所有目录及其子目录(取决于配置),并在每个目录中执行make命令:
\$(vmlinux-dirs): prepare scripts
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=\$@$@表示当前目标(即vmlinux-dirs中的每个目录),终端输出如下(节选):
CC init/main.o
CHK include/generated/compile.h
CC init/version.o
CC init/do\_mounts.o
...
CC arch/x86/crypto/glue\_helper.o
AS arch/x86/crypto/aes-x86\_64-asm\_64.o
CC arch/x86/crypto/aes\_glue.o
AS arch/x86/entry/entry\_64.o
AS arch/x86/entry/thunk\_64.o
CC arch/x86/entry/syscall\_64.o每个目录中的源代码会被编译并链接为built-in.o文件:
\$ find . -name built-in.o
./arch/x86/crypto/built-in.o
./arch/x86/crypto/sha-mb/built-in.o
./arch/x86/net/built-in.o
./init/built-in.o
./usr/built-in.o所有built-in.o文件生成后,我们回到vmlinux目标。如前所述,vmlinux目标位于顶层 Makefile,链接vmlinux之前还会构建示例程序、文档等(本文不涉及这些内容):
vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh \$(vmlinux-deps) FORCE
\$(call if\_changed,link-vmlinux)该目标的核心是调用scripts/``link-vmlinux.sh脚本,将所有built-in.o文件链接为一个静态链接的可执行文件,并生成System.map(内核符号表,符号表详情可参考:System.map 文档)。最终终端输出如下(节选):
LINK vmlinux
LD vmlinux.o
MODPOST vmlinux.o
GEN .version
CHK include/generated/compile.h
UPD include/generated/compile.h
CC init/version.o
LD init/built-in.o
KSYM .tmp\_kallsyms1.o
KSYM .tmp\_kallsyms2.o
LD vmlinux
SORTEX vmlinux
SYSMAP System.map此时,内核源代码根目录下会出现vmlinux和System.map文件:
\$ ls vmlinux System.map
System.map vmlinux至此,vmlinux构建完成。下一步是生成bzImage镜像。
bzImage是压缩格式的 Linux 内核镜像(bzImage 格式详情可参考:Linux 内核镜像格式文档)。vmlinux构建完成后,可通过执行make bzImage生成该镜像;也可直接执行make命令(无任何参数),因为bzImage是默认镜像 ——arch/x86/kernel/Makefile中定义了:
all: bzImage让我们分析该目标,理解其构建过程。bzImage目标定义在arch/x86/kernel/Makefile中,具体如下:
bzImage: vmlinux
\$(Q)\$(MAKE) \$(build)=\$(boot) \$(KBUILD\_IMAGE)
\$(Q)mkdir -p \$(objtree)/arch/\$(UTS\_MACHINE)/boot
\$(Q)ln -fsn ../../x86/boot/bzImage \$(objtree)/arch/\$(UTS\_MACHINE)/boot/\$@首先对boot目录执行make命令(本场景中boot目录为arch/x86/boot):
boot := arch/x86/boot核心任务是编译arch/x86/boot和arch/x86/boot/compressed目录中的源代码,生成setup.bin和vmlinux.bin,最终合并为bzImage。
arch/x86/boot/Makefile中的第一个目标是$(obj)/setup.elf:
\$(obj)/setup.elf: \$(src)/setup.ld \$(SETUP\_OBJS) FORCE
\$(call if\_changed,ld)arch/x86/boot目录中已存在链接脚本setup.ld,SETUP_OBJS变量包含该目录下的所有源文件。终端首先输出如下信息(节选):
AS arch/x86/boot/bioscall.o
CC arch/x86/boot/cmdline.o
AS arch/x86/boot/copy.o
HOSTCC arch/x86/boot/mkcpustr
CPUSTR arch/x86/boot/cpustr.h
CC arch/x86/boot/cpu.o
CC arch/x86/boot/cpuflags.o
CC arch/x86/boot/cpucheck.o
CC arch/x86/boot/early\_serial\_console.o
CC arch/x86/boot/edd.o下一个源文件是arch/x86/boot/header.S,但该目标依赖于两个头文件,因此暂不编译:
\$(obj)/header.o: \$(obj)/voffset.h \$(obj)/zoffset.hvoffset.h:通过 sed 脚本生成,该脚本使用nm工具从vmlinux中提取两个地址(内核的起始地址和结束地址):\#define VO\_\_end 0xffffffff82ab0000
\#define VO\_\_text 0xffffffff81000000zoffset.h:依赖于arch/x86/boot/compressed/Makefile中的vmlinux目标:\$(obj)/zoffset.h: \$(obj)/compressed/vmlinux FORCE
\$(call if\_changed,zoffset)$(obj)/compressed/vmlinux目标依赖于vmlinux-objs-y,该变量指定编译arch/x86/boot/compressed目录中的源文件,生成vmlinux.bin、vmlinux.bin.bz2(bz2 压缩算法详情可参考:bzip2 官方文档),并编译工具程序mkpiggy。终端输出如下(节选):
LDS arch/x86/boot/compressed/vmlinux.lds
AS arch/x86/boot/compressed/head\_64.o
CC arch/x86/boot/compressed/misc.o
CC arch/x86/boot/compressed/string.o
CC arch/x86/boot/compressed/cmdline.o
OBJCOPY arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin
BZIP2 arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.bz2
HOSTCC arch/x86/boot/compressed/mkpiggy各文件说明:
vmlinux.bin:剥离了调试信息和注释的vmlinux文件;vmlinux.bin.bz2:vmlinux.bin.all的压缩版本(含vmlinux.bin.all的 32 位大小信息);vmlinux.bin.all:vmlinux.bin与vmlinux.relocs的组合(vmlinux.relocs是经relocs程序处理后的vmlinux)。这些文件生成后,mkpiggy程序会生成汇编文件piggy.S并编译:
MKPIGGY arch/x86/boot/compressed/piggy.S
AS arch/x86/boot/compressed/piggy.o该汇编文件包含压缩内核的计算偏移量。随后生成zoffset.h:
ZOFFSET arch/x86/boot/zoffset.hzoffset.h和voffset.h生成后,arch/x86/boot目录的源文件编译可继续进行(节选):
AS arch/x86/boot/header.o
CC arch/x86/boot/main.o
CC arch/x86/boot/mca.o
CC arch/x86/boot/memory.o
CC arch/x86/boot/pm.o
AS arch/x86/boot/pmjump.o
CC arch/x86/boot/printf.o
CC arch/x86/boot/regs.o
CC arch/x86/boot/string.o
CC arch/x86/boot/tty.o
CC arch/x86/boot/video.o
CC arch/x86/boot/video-mode.o
CC arch/x86/boot/video-vga.o
CC arch/x86/boot/video-vesa.o
CC arch/x86/boot/video-bios.o所有源文件编译完成后,链接生成setup.elf:
LD arch/x86/boot/setup.elf对应的链接命令如下:
ld -m elf\_x86\_64 -T arch/x86/boot/setup.ld arch/x86/boot/a20.o \\
arch/x86/boot/bioscall.o arch/x86/boot/cmdline.o arch/x86/boot/copy.o \\
arch/x86/boot/cpu.o arch/x86/boot/cpuflags.o arch/x86/boot/cpucheck.o \\
arch/x86/boot/early\_serial\_console.o arch/x86/boot/edd.o arch/x86/boot/header.o \\
arch/x86/boot/main.o arch/x86/boot/mca.o arch/x86/boot/memory.o \\
arch/x86/boot/pm.o arch/x86/boot/pmjump.o arch/x86/boot/printf.o \\
arch/x86/boot/regs.o arch/x86/boot/string.o arch/x86/boot/tty.o \\
arch/x86/boot/video.o arch/x86/boot/video-mode.o arch/x86/boot/version.o \\
arch/x86/boot/video-vga.o arch/x86/boot/video-vesa.o arch/x86/boot/video-bios.o -o arch/x86/boot/setup.elf最后两步操作:
setup.bin(包含arch/x86/boot/*目录的编译代码):objcopy -O binary arch/x86/boot/setup.elf arch/x86/boot/setup.binvmlinux生成vmlinux.bin:objcopy -O binary -R .note -R .comment -S arch/x86/boot/compressed/vmlinux arch/x86/boot/vmlinux.bin最终编译主机程序arch/x86/boot/tools/build.c,该程序将setup.bin和vmlinux.bin合并为bzImage:
arch/x86/boot/tools/build arch/x86/boot/setup.bin arch/x86/boot/vmlinux.bin \\
arch/x86/boot/zoffset.h arch/x86/boot/bzImage实际上,bzImage就是setup.bin和vmlinux.bin的拼接文件。最终终端会输出所有 Linux 内核源代码构建者都熟悉的信息:
Setup is 16268 bytes (padded to 16384 bytes).
System is 4704 kB
CRC 94a88f9a
Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#5)至此,bzImage构建完成。
本文详细介绍了从执行make命令到生成bzImage镜像的完整流程。Linux 内核的 Makefile 和构建过程初看可能令人困惑,但实际上并非难以理解。希望本文能帮助你更好地掌握 Linux 内核的构建原理。