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Linux カーネル構成システムはいくつかの部分で構成されています

青灯夜游
リリース： 2023-03-16 09:39:06
オリジナル
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Linux カーネル設定システムは 3 つの部分で構成されます: 1. Linux カーネル ソース コードのルート ディレクトリと各層ディレクトリに配布され、Linux カーネルのコンパイル ルールを定義する Makefile、2. 設定ファイル ( config.in) 、ユーザーが構成を選択できるようにする; 3. 構成コマンド・インタープリター (構成スクリプトで使用される構成コマンドを解釈する) および構成ユーザー・インターフェースを含む構成ツール。

Linux カーネル構成システムはいくつかの部分で構成されています

#このチュートリアルの動作環境: linux7.3 システム、Dell G3 コンピューター。

Linux カーネル構成システムは、Makefile、構成ファイル (config.in)、構成ツールの 3 つの部分で構成されます。

  • Makefile: Linux カーネル ソース コードのルート ディレクトリと各レベルのディレクトリに配布され、Linux カーネルのコンパイル ルールを定義します。

  • 構成ファイル (config.in): ユーザーに構成を選択する機能を提供します;

  • 構成ツール: 構成コマンド・インタープリター (構成スクリプトで使用される構成コマンドを解釈) および構成を含みます。ユーザー インターフェイス (それぞれ Make config、Make menuconfig、make xconfig に対応する、キャラクター インターフェイス、Ncurses グラフィカル インターフェイス、および Xwindows グラフィカル インターフェイスに基づくユーザー構成インターフェイスを提供します)。

これらの構成ツールは、Tcl/TK や Perl などのスクリプト言語を使用して記述されています (C で記述されたコードも含まれます)。この記事は、構成システム自体の分析ではなく、構成システムの使用方法の紹介です。したがって、構成システムの保守者でない限り、通常のカーネル開発者はその原理を理解する必要はなく、Makefile と構成ファイルの書き方を知っていれば十分です。したがって、この記事では、Makefile と構成ファイルについてのみ説明します。また、特定の CPU アーキテクチャに関する内容については、ARM を例として説明しますが、これは議論の内容を明確にするだけでなく、内容自体には影響しません。

Makefile

Makefile の概要

Makefile の機能は、次のリストを構築することです。コンパイルが必要なソース ファイルは個別にコンパイルされ、ターゲット コードがリンクされて最終的に Linux カーネル バイナリ ファイルが形成されます。

Linux カーネルのソース コードはツリー構造に従って編成されているため、Makefile もディレクトリ ツリーに配布されます。 Linux カーネルの Makefile と Makefile に直接関連するファイルは次のとおりです。

  • Makefile: 最上位の Makefile は、カーネル全体の構成とコンパイルの全体的な制御ファイルです。

  • .config: ユーザーが選択した構成オプションを含むカーネル構成ファイル。カーネル構成 (make config など) の結果を保存するために使用されます。

  • arch/*/Makefile: さまざまな CPU システム ディレクトリにある Makefile (arch/arm/Makefile など) は、特定のプラットフォーム用の Makefile です。

  • 各サブディレクトリ内の Makefile: drivers/Makefile など、サブディレクトリ内のソース コードの管理を担当します。

  • Rules.make: すべての Makefile で使用されるルール ファイル。

ユーザーが make config を通じて設定を行うと、.config が生成されます。最上位の Makefile は、.config 内の構成の選択を読み取ります。最上位の Makefile には、vmlinux ファイルとカーネル モジュールの生成という 2 つの主なタスクがあります。この目標を達成するために、トップレベルの Makefile はカーネルの各サブディレクトリに再帰的に入り、これらのサブディレクトリにある Makefile をそれぞれ呼び出します。どのサブディレクトリを入力するかについては、カーネル構成によって異なります。最上位の Makefile には、 include Arch/$(ARCH)/Makefile という文があり、特定の CPU アーキテクチャの Makefile が含まれており、この Makefile にはプラットフォーム関連の情報が含まれています。

各サブディレクトリにある Makefile は、.config で指定された構成情報に基づいて、現在の構成で必要なソース ファイルのリストを作成し、ファイルの最後に include $(TOPDIR)/Rules.make を含めます。ファイル。 。

Rules.make ファイルは非常に重要な役割を果たし、すべての Makefile に共通のコンパイル ルールを定義します。たとえば、このディレクトリ内のすべての C プログラムをアセンブリ コードにコンパイルする必要がある場合は、Makefile に次のコンパイル ルールを含める必要があります。

%.s: %.c
​ (CC) (CFLAGS) -S ​ ##<−o ## @

多くのサブディレクトリがあります。同じ要件を満たしている場合は、このコンパイル ルールをそれぞれの Makefile に含める必要がありますが、これはさらに面倒になります。 Linux カーネルでは、このようなコンパイル ルールは Rules.make に統合され、それぞれの Makefile の Rules.make (Include Rules.make) に含まれるため、複数の Makefile での同じルールの重複が回避されます。上記の例の場合、Rules.make 内の対応するルールは次のとおりです:

%.s: %.c
    (CC)  (CFLAGS)     (EXTRACFLAGS)  (CFLAGS_     (∗F))  (CFLAGS_     @)−S  < -o $@

Makefile中的变量

顶层 Makefile 定义并向环境中输出了许多变量，为各个子目录下的 Makefile 传递一些信息。有些变量，比如 SUBDIRS，不仅在顶层 Makefile 中定义并且赋初值，而且在 arch/*/Makefile 还作了扩充。

常用的变量有以下几类：

1） 版本信息
版本信息有：VERSION，PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。 版本信息定义了当前内核的版本，比如 VERSION=2，PATCHLEVEL=4，SUBLEVEL=18，EXATAVERSION=-rmk7，它们共同构成内核的发行版本KERNELRELEASE：2.4.18-rmk7

2） CPU 体系结构：ARCH
在顶层 Makefile 的开头，用 ARCH 定义目标 CPU 的体系结构，比如 ARCH:=arm 等。许多子目录的 Makefile 中，要根据 ARCH 的定义选择编译源文件的列表。

3） 路径信息：TOPDIR, SUBDIRS
TOPDIR 定义了 Linux 内核源代码所在的根目录。例如，各个子目录下的 Makefile 通过 $(TOPDIR)/Rules.make 就可以找到 Rules.make 的位置。
SUBDIRS 定义了一个目录列表，在编译内核或模块时，顶层 Makefile 就是根据 SUBDIRS 来决定进入哪些子目录。SUBDIRS 的值取决于内核的配置，在顶层 Makefile 中 SUBDIRS 赋值为 kernel drivers mm fs net ipc lib；根据内核的配置情况，在 arch/*/Makefile 中扩充了 SUBDIRS 的值，参见4）中的例子。

4） 内核组成信息：HEAD, CORE_FILES, NETWORKS, DRIVERS, LIBS
Linux 内核文件 vmlinux 是由以下规则产生的：

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
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可以看出，vmlinux 是由 HEAD、main.o、version.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS 和 LIBS 组成的。这些变量（如 HEAD）都是用来定义连接生成 vmlinux 的目标文件和库文件列表。其中，HEAD在arch/*/Makefile 中定义，用来确定被最先链接进 vmlinux 的文件列表。比如，对于 ARM 系列的 CPU，HEAD 定义为：

HEAD            := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o \
                   arch/arm/kernel/init_task.o
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表明 head-$(PROCESSOR).o 和 init_task.o 需要最先被链接到 vmlinux 中。PROCESSOR 为 armv 或 armo，取决于目标 CPU。 CORE_FILES，NETWORK，DRIVERS 和 LIBS 在顶层 Makefile 中定义，并且由 arch/*/Makefile 根据需要进行扩充。 CORE_FILES 对应着内核的核心文件，有 kernel/kernel.o，mm/mm.o，fs/fs.o，ipc/ipc.o，可以看出，这些是组成内核最为重要的文件。同时，arch/arm/Makefile 对 CORE_FILES 进行了扩充：

# 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)
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5） 编译信息：CPP, CC, AS, LD, AR，CFLAGS，LINKFLAGS
在 Rules.make 中定义的是编译的通用规则，具体到特定的场合，需要明确给出编译环境，编译环境就是在以上的变量中定义的。针对交叉编译的要求，定义了 CROSS_COMPILE。比如：

CROSS_COMPILE   = arm-linux-
CC              = $(CROSS_COMPILE)gcc
LD              = $(CROSS_COMPILE)ld
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CROSS_COMPILE 定义了交叉编译器前缀 arm-linux-，表明所有的交叉编译工具都是以 arm-linux- 开头的，所以在各个交叉编译器工具之前，都加入了 $(CROSS_COMPILE)，以组成一个完整的交叉编译工具文件名，比如 arm-linux-gcc。
CFLAGS 定义了传递给 C 编译器的参数。
LINKFLAGS 是链接生成 vmlinux 时，由链接器使用的参数。LINKFLAGS 在 arm/*/Makefile 中定义，比如：

# arch/arm/Makefile
LINKFLAGS       :=-p -X -T arch/arm/vmlinux.lds
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Rules.make变量

前面讲过，Rules.make 是编译规则文件，所有的 Makefile 中都会包括 Rules.make。Rules.make 文件定义了许多变量，最为重要是那些编译、链接列表变量。

O_OBJS，L_OBJS，OX_OBJS，LX_OBJS：本目录下需要编译进 Linux 内核 vmlinux 的目标文件列表，其中 OX_OBJS 和 LX_OBJS 中的 “X” 表明目标文件使用了 EXPORT_SYMBOL 输出符号。

M_OBJS，MX_OBJS：本目录下需要被编译成可装载模块的目标文件列表。同样，MX_OBJS 中的 “X” 表明目标文件使用了 EXPORT_SYMBOL 输出符号。

O_TARGET，L_TARGET：每个子目录下都有一个 O_TARGET 或 L_TARGET，Rules.make 首先从源代码编译生成 O_OBJS 和 OX_OBJS 中所有的目标文件，然后使用 $(LD) -r 把它们链接成一个 O_TARGET 或 L_TARGET。O_TARGET 以 .o 结尾，而 L_TARGET 以 .a 结尾。

子目录Makefile

目录 Makefile 用来控制本级目录以下源代码的编译规则。我们通过一个例子来讲解子目录 Makefile 的组成：

# Makefile for the linux kernel.
#
# All of the (potential) objects that export symbols.
# This list comes from &#39;grep -l EXPORT_SYMBOL *.[hc]&#39;.
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
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a) 注释

对 Makefile 的说明和解释，由#开始。

b) 编译目标定义

类似于 obj-(CONFIGTC)+=tc.o的语句是用来定义编译的目标，是子目录Makefile中最重要的部分。编译目标定义那些在本子目录下，需要编译到Linux内核中的目标文件列表。为了只在用户选择了此功能后才编译，所有的目标定义都融合了对配置变量的判断。前面说过，每个配置变量取值范围是：y，n，m和空，obj−(CONFIG_TC) 分别对应着 obj-y，obj-n，obj-m，obj-。如果 CONFIG_TC 配置为 y，那么 tc.o 就进入了 obj-y 列表。obj-y 为包含到 Linux 内核 vmlinux 中的目标文件列表；obj-m 为编译成模块的目标文件列表；obj-n 和 obj- 中的文件列表被忽略。配置系统就根据这些列表的属性进行编译和链接。

export-objs 中的目标文件都使用了 EXPORT_SYMBOL() 定义了公共的符号，以便可装载模块使用。在 tc.c 文件的最后部分，有 “EXPORT_SYMBOL(search_tc_card);”，表明 tc.o 有符号输出。

这里需要指出的是，对于编译目标的定义，存在着两种格式，分别是老式定义和新式定义。老式定义就是前面 Rules.make 使用的那些变量，新式定义就是 obj-y，obj-m，obj-n 和 obj-。Linux 内核推荐使用新式定义，不过由于 Rules.make 不理解新式定义，需要在 Makefile 中的适配段将其转换成老式定义。

c) 适配段

适配段的作用是将新式定义转换成老式定义。在上面的例子中，适配段就是将 obj-y 和 obj-m 转换成 Rules.make 能够理解的 L_TARGET，L_OBJS，LX_OBJS，M_OBJS，MX_OBJS。

L_OBJS := (sort(filter-out (export−objs),(obj-y))) 定义了 L_OBJS 的生成方式：在 obj-y 的列表中过滤掉 export-objs（tc.o），然后排序并去除重复的文件名。这里使用到了 GNU Make 的一些特殊功能，具体的含义可参考 Make 的文档（info make）。

d) include $(TOPDIR)/Rules.make

配置文件

配置文件功能概述

除了 Makefile 的编写，另外一个重要的工作就是把新功能加入到 Linux 的配置选项中，提供此项功能的说明，让用户有机会选择此项功能。所有的这些都需要在 config.in 文件中用配置语言来编写配置脚本，
在 Linux 内核中，配置命令有多种方式：

配置命令解释脚本
Make Config，make oldconfigscripts/Configure
Make menuconfigscripts/Menuconfig
Make xconfigscripts/tkparse

以字符界面配置（make config）为例，顶层 Makefile 调用 scripts/Configure， 按照 arch/arm/config.in 来进行配置。命令执行完后产生文件 .config，其中保存着配置信息。下一次再做 make config 将产生新的 .config 文件，原 .config 被改名为 .config.old

实例

对于一个开发者来说，将自己开发的内核代码加入到 Linux 内核中，需要有三个步骤。首先确定把自己开发代码放入到内核的位置；其次，把自己开发的功能增加到 Linux 内核的配置选项中，使用户能够选择此功能；最后，构建子目录 Makefile，根据用户的选择，将相应的代码编译到最终生成的 Linux 内核中去。下面，我们就通过一个简单的例子–test driver，结合前面学到的知识，来说明如何向 Linux 内核中增加新的功能。

目录结构

test driver 放置在 drivers/test/ 目录下：

cddrivers/testtree

.
|– Config.in
|– Makefile
|– cpu
| |– Makefile
| -- cpu.c <br/> |-- test.c <br/> |-- test_client.c <br/> |-- test_ioctl.c <br/> |-- test_proc.c <br/> |-- test_queue.c <br/>– test
|– Makefile

配置文件

# TEST driver configuration
#
mainmenu_option next_comment
comment &#39;TEST Driver&#39;
bool &#39;TEST support&#39; CONFIG_TEST
if [ "$CONFIG_TEST" = "y" ]; then
  tristate &#39;TEST user-space interface&#39; CONFIG_TEST_USER
  bool &#39;TEST CPU &#39; CONFIG_TEST_CPU
fi
endmenu
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由于 test driver 对于内核来说是新的功能，所以首先创建一个菜单 TEST Driver。然后，显示 “TEST support”，等待用户选择；接下来判断用户是否选择了 TEST Driver，如果是（CONFIG_TEST=y），则进一步显示子功能：用户接口与 CPU 功能支持；由于用户接口功能可以被编译成内核模块，所以这里的询问语句使用了 tristate（因为 tristate 的取值范围包括 y、n 和 m，m 就是对应着模块）。
2） arch/arm/config.in
在文件的最后加入：source drivers/test/Config.in，将 TEST Driver 子功能的配置纳入到 Linux 内核的配置中。

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
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drivers/test 目录下最终生成的目标文件是 test.a。在 test.c 和 test-client.c 中使用了 EXPORT_SYMBOL 输出符号，所以 test.o 和 test-client.o 位于 export-objs 列表中。然后，根据用户的选择（具体来说，就是配置变量的取值），构建各自对应的 obj-* 列表。由于 TEST Driver 中包一个子目录 cpu，当 CONFIG_TEST_CPU=y（即用户选择了此功能）时，需要将 cpu 目录加入到 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
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3）drivers/Makefile

……
subdir-$(CONFIG_TEST)      += test
……
include $(TOPDIR)/Rules.make
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在 drivers/Makefile 中加入 subdir-$(CONFIG_TEST)+= test，使得在用户选择 TEST Driver 功能后，内核编译时能够进入 test 目录。

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)
……
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在顶层 Makefile 中加入 DRIVERS-(CONFIGTEST)+=drivers/test/test.a和DRIVERS−(CONFIGTEST)+=drivers/test/test.a。如何用户选择了 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。在前面曾经提到过，Linux 内核文件 vmlinux 的组成中包括 DRIVERS，所以 test.a 和 test_cpu.a 最终可被链接到 vmlinux 中。

相关推荐：《Linux视频教程》

以上がLinux カーネル構成システムはいくつかの部分で構成されていますの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

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ソース：php.cn
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