配置Linux Kernel时make menuconfig执行流程分析

Posted 2020-08-14 LoTGu

   在编译内核前，一般是根据已有的配置文件（一般在内核根目录下的arch/arm/configs/文件夹下，把该目录下的xxx_defconfig文件拷贝到内核根目录下，并重命名为.config）来进行编译; 或者需要先配置裁剪内核。

    假设我们要基于一块ARM芯片的开发板配置裁剪内核时，在内核的根目录下运行：make ARCH=arm menuconfig命令后，会弹出如下配置界面：

    当我们在内核的根目录下运行make ARM=arm menuconfig这条命令时，内核根目录下的Makefile是怎样被执行的呢？

    回答这个问题之前，我们要先了解make这个工具的执行过程。GNU make找寻默认的Makefile规则是在当前目录下按顺序依次找三个文件 —“GNUmakefile”、“makefile”和“Makefile”，一旦找到就开始读取这个文件并执行。make menuconfig命令没有指定makefile文件，因此默认执行的是 make –f Makefile menuconfig，即执行$(srctree)/Makefile文件中目标menuconfig的相关规则。一般来说，make的最终目标是makefile中的第一个目标，而其它目标一般是由这个目标连带出来的。这是make的默认行为。

如果你的makefile中的第一个目标是由许多个目标组成，你可以指示make，让其完成你所指定的目标。要达到这一目的很简单，需在make命令后直接跟目标的名字就可以完成（如make clean）。任何在makefile中的目标都可以被指定成终极目标，但是 除了以“-”打头，或是包含了“=”的目标，因为有这些字符的目标，会被解析成命令行参数或是变量。甚至没有被我们明确写出来的目标也可以成为make的终极目标，也就是说，只要make可以找到其隐含规则推导规则，那么这个隐含目标同样可以被指定成终极目标。

    当在Linux内核（内核版本为3.18.42）顶层目录执行”make  ARCH=arm  menuconfig”时，命令行对内核根目录下Makefile文件的ARCH这个变量赋值为arm ,并且指定了make的目标是menuconfig。“menuconfig”这个目标在根目录下的Makefile中找到的匹配的目标是“%config”，因此会执行如下的规则：

%config: scripts_basic outputmakefile FORCE     $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig [email protected]

上面的规则等价于：

menuconfig: scripts_basic outputmakefile FORCE     $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig menuconfig

“menuconfig”这个目标有三个依赖：scripts_basic、outputmakefile、FORCE。先来分析下“menuconfig”这个目标下的命令：$(Q) $(MAKE) $(build)=scripts/kconfig [email protected]

    1、$(Q)

看下变量Q在Makefile的定义：

# Beautify output # --------------------------------------------------------------------------- # # Normally, we echo the whole command before executing it. By making # that echo $($(quiet)$(cmd)), we now have the possibility to set # $(quiet) to choose other forms of output instead, e.g. # #         quiet_cmd_cc_o_c = Compiling $(RELDIR)/[email protected] #         cmd_cc_o_c       = $(CC) $(c_flags) -c -o [email protected] $< # # If $(quiet) is empty, the whole command will be printed. # If it is set to "quiet_", only the short version will be printed. # If it is set to "silent_", nothing will be printed at all, since # the variable $(silent_cmd_cc_o_c) doesn‘t exist. # # A simple variant is to prefix commands with $(Q) - that‘s useful # for commands that shall be hidden in non-verbose mode. # #   $(Q)ln [email protected] :< # # If KBUILD_VERBOSE equals 0 then the above command will be hidden. # If KBUILD_VERBOSE equals 1 then the above command is displayed. # # To put more focus on warnings, be less verbose as default # Use ‘make V=1‘ to see the full commands   ifeq ("$(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

从上面的注释和Makefile语句可以看到，当在命令行传人V这个变量的值为1（V=1）时，就会使能quiet、Q变量的值为空，make在执行Makefile命令时就会向屏幕输出所执行的命令；当在命令行不传入V这个变量或者V的值为0（V=0）时，就会使能quiet=quiet_、Q= @，make在执行Makefile命令时就不会向屏幕输出所执行的命令。

    2、$(MAKE)

MAKE是内嵌变量，其值为make。

    3、$(build)

    build这个变量是一个通用的变量，它定义在$(srctree)/scripts/Kbuild.include文件中：

### # Shorthand for $(Q)$(MAKE) -f scripts/Makefile.build obj= # Usage: # $(Q)$(MAKE) $(build)=dir build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj

在内核的根目录下的Makefile包含了$(srctree)/scripts/Kbuild.include这个文件：

# We need some generic definitions (do not try to remake the file). $(srctree)/scripts/Kbuild.include: ; include $(srctree)/scripts/Kbuild.include

分析$(srctree)/scripts/Kbuild.include: ; 这条语句前我们先了解下make书写规则。规则的命令部分有两种书写方式：

    a、目标、依赖描述和命令放在同一行，目标和依赖描述使用冒号(:)分隔开，在依赖文件列表后使用分号（;）把依赖文件列表和命令分开。

    b、目标和依赖描述放在同一行，目标和依赖描述使用冒号(:)分隔开；命令行在目标、依赖描述的下一行。当作为独立的命令行时此行必须以[Tab]字符开始。在Makefile中，在第一个规则之后出现的所有以[Tab]字符开始的行都会被当作命令来处理。

   $(srctree)/scripts/Kbuild.include: ; 这条语句使用的是第一种make书写规则，这条规则只有目标，没有依赖和命令。???因此make在执行这条规则的时候怎么执行???

include $(srctree)/scripts/Kbuild.include这条规则把$(srctree)/scripts/Kbuild.include这个文件包含到了内核根目录下的Makefile文件中。

    从上面的分析可以知道build这个变量的值为-f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj。

    4、[email protected]

    [email protected]是make的自动环变量，表示当前目标，即menuconfig。

   

下面来分析下scripts_basic、outputmakefile、FORCE这三个依赖：

1、FORCE

    FORCE的定义为：

PHONY += FORCE FORCE:   # Declare the contents of the .PHONY variable as phony.  We keep that # information in a variable so we can use it in if_changed and friends. .PHONY: $(PHONY)

从上面看到，FORCE 既没有依赖的规则，其底下也没有可执行的命令。如果一个规则没有命令或者依赖，并且它的目标不是一个存在的文件名。在执行此规则时，目标总会被认为是最新的。就是说：这个规则一旦被执行，make就认为它的目标已经被更新过。这样的目标在作为一个规则的依赖时，因为依赖总被认为被更新过，因此作为依赖所在的规则中定义的命令总会被执行。FORCE所在规则为空，也是什么都不做。FORCE被定义为一个伪目标，所以它作为依赖时总是被认为是最新的（比目标新），故有FORCE作为依赖的目标每次make时必然会重新生成，在这里FORCE伪目标的规则命令为空，故FORCE在Kbuild体系中，就是相当于是一个关键字，如果我们想要某个目标每次make的时候都一定会被重新生成，就把FORCE写为该目标的依赖。

2、scripts_basic

    scripts_basic的定义为：

# Basic helpers built in scripts/ PHONY += scripts_basic scripts_basic:     $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic     $(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount

scripts_basic这个目标没有依赖，且scripts_basic也不是一个存在的文件，因此scripts_basic所定义的命令总会被执行。上述scripts_basic的定义等价为：

# Basic helpers built in scripts/ PHONY += scripts_basic scripts_basic:     $(Q) make -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj=scripts/basic     $(Q) rm -f .tmp_quiet_recordmcount

$(Q) make -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj=scripts/basic这条命令指定了执行的是$(srctree)/scripts/Makefile.build这个Makefile，传递的参数是obj=scripts/basic。

接下来我们来分析下$(srctree)/scripts/Makefile.build这个Makefile文件。

    obj这个变量传递进$(srctree)/scripts/Makefile.build中的src这个变量：

src := $(obj)

即src := scripts/basic。

$(srctree)/scripts/Makefile.build把src (即scripts/basic)目录下的Makefile包含进来（如果有Kbuild则包含Kbuild）

# The filename Kbuild has precedence over Makefile kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src)) kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile) include $(kbuild-file)

$(srctree)/scripts/Makefile.build也包含了scripts/Makefile.lib这个文件：

# If the save-* variables changed error out ifeq ($(KBUILD_NOPEDANTIC),)         ifneq ("$(save-cflags)","$(CFLAGS)")                 $(error CFLAGS was changed in "$(kbuild-file)". Fix it to use ccflags-y)         endif endif   include scripts/Makefile.lib

在$(srctree)/scripts/Makefile.build这个Makefile文件中的第一个目标是：

__build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \      $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \      $(subdir-ym) $(always)      @:

KBUILD_BUILTIN、KBUILD_MODULES在顶层Makefile中定义：

# Decide whether to build built-in, modular, or both. # Normally, just do built-in.   KBUILD_MODULES := KBUILD_BUILTIN := 1   # If we have only "make modules", don‘t compile built-in objects. # When we‘re building modules with modversions, we need to consider # the built-in objects during the descend as well, in order to # make sure the checksums are up to date before we record them.   ifeq ($(MAKECMDGOALS),modules)   KBUILD_BUILTIN := $(if $(CONFIG_MODVERSIONS),1) endif   # If we have "make <whatever> modules", compile modules # in addition to whatever we do anyway. # Just "make" or "make all" shall build modules as well   ifneq ($(filter all _all modules,$(MAKECMDGOALS)),)   KBUILD_MODULES := 1 endif   ifeq ($(MAKECMDGOALS),)   KBUILD_MODULES := 1 endif   export KBUILD_MODULES KBUILD_BUILTIN export KBUILD_CHECKSRC KBUILD_SRC KBUILD_EXTMOD

通过export关键字定义，使在makefile递归进行时，这两个变量被传递进子makefile。

这里：

KBUILD_MODULES :=

KBUILD_BUILTIN := 1

KBUILD_BUILTIN和KBUILD_MODULES在顶层makefile文件中定义赋值后，就没有被改变过。所以此处__build目标的依赖就是$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y) $(subdir-ym) $(always)。

__build规则展开为：

__build: $(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y) $(subdir-ym) $(always)      @:

规则的命令是一个冒号命令”:”，冒号(:)命令是bash的内建命令，通常把它看作true命令。bash的help解释（help :）为：No effect; the command does nothing. A zero exit code is returned.（没有效果，该命令是空操作，退出状态总是0）。

__build的依赖除了$(always)，$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y) $(subdir-ym)这些变量在$(srctree)/scripts/basic/Makefile中没有定义，因此builtin-target、lib-target、extra-y、subdir-ym都为空串，只有always有值。always在scripts/kconfig/Makefile中定义为dochecklxdialog，而dochecklxdialog目标所在规则的注释写着# Check that we have the required ncurses stuff installed for lxdialog (menuconfig)。也就是说，__build目标的依赖dochecklxdialog是用来检查生成配置对话框所需的ncurses库是不是已经安装在本机了，如果没有安装，make过程会报错退出。因此在make menuconfig前，我们要保证该库已经被安装在本地。

 

3、outputmakefile

    outputmakefile在内核根目录下的Makefile中的定义为：

PHONY += outputmakefile # outputmakefile generates a Makefile in the output directory, if using a # separate output directory. This allows convenient use of make in the # output directory. outputmakefile: ifneq ($(KBUILD_SRC),)     $(Q)ln -fsn $(srctree) source     $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/mkmakefile \     $(srctree) $(objtree) $(VERSION) $(PATCHLEVEL) endif

由于这里KBUILD_SRC为空，所以这个脚本并不会被执行。

    到这里我们分析完了menuconfig的依赖，在处理完这些依赖后就开始执行规则的命令：把$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig [email protected]这条命令展开：

$(Q) make -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig menuconfig

这条命令指定要执行scripts/Makefile.build这个makefile文件。

    在$(srctree)/scripts/Makefile.build中src变量的定义为：

src := $(obj)   PHONY := __build __build:   # Init all relevant variables used in kbuild files so # 1) they have correct type # 2) they do not inherit any value from the environment obj-y := obj-m := lib-y := lib-m := always := targets := subdir-y := subdir-m := EXTRA_AFLAGS   := EXTRA_CFLAGS   := EXTRA_CPPFLAGS := EXTRA_LDFLAGS  := asflags-y  := ccflags-y  := cppflags-y := ldflags-y  :=   subdir-asflags-y := subdir-ccflags-y :=   # Read auto.conf if it exists, otherwise ignore -include include/config/auto.conf   include scripts/Kbuild.include   # For backward compatibility check that these variables do not change save-cflags := $(CFLAGS)   # The filename Kbuild has precedence over Makefile kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src)) kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile) include $(kbuild-file)

由make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig menuconfig可知，src值为scripts/kconfig，与/%的字串模式相符，因此$(filter /%,$(src))就是scripts/kconfig，故kbuild-dir就被赋值为$(src)，即kbuild-dir为scripts/kconfig。由于scripts/kconfig目录下并没有Kbuild文件，因此函数$(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild)查找失败，返回为空，从而kbuild-file值被赋为$(kbuild-dir)/Makefile，也即scripts/kconfig/Makefile。接着，

scripts/Makefile.build包含scripts/kconfig/Makefile文件(include $(kbuild-file))。目标menuconfig定义在scripts/kconfig/Makefile中，找到menuconfig目标后，然后执行以menuconfig为目标的规则：

PHONY += oldconfig xconfig gconfig menuconfig config silentoldconfig update-po-config \     localmodconfig localyesconfig   ifdef KBUILD_KCONFIG Kconfig := $(KBUILD_KCONFIG) else Kconfig := Kconfig endif   # We need this, in case the user has it in its environment unexport CONFIG_ ... ...  menuconfig: $(obj)/mconf     $< $(Kconfig) ... ...

menuconfig目标的规则的命令是$< $(Kconfig)，展开为$(obj)/mconf $(Kconfig), obj的值为scripts/kconfig，因为没有定义KBUILD_KCONFIG，而且SRCARCH之前已被赋值为$(ARCH)，即SRCARCH为arm，因此Kconfig的值为arch/arm/Kconfig。故menuconfig目标的规则的命令为scripts/kconfig/mconf  arch/arm/Kconfig。mconf在这里实际上是scripts/kconfig目录下的一个可执行文件，此条命令里arch/arm/Kconfig字符串作为命令行参数传入该可执行文件运行，该可执行文件实际上就是依据arch/arm/Kconfig文件提供的菜单配置，生成配置界面。

NOTE: 这里为什么说scripts/kconfig/mconf就是一个可执行文件呢？继续往下看scripts/kconfig/Makefile中的内容：

lxdialog := lxdialog/checklist.o lxdialog/util.o lxdialog/inputbox.o lxdialog += lxdialog/textbox.o lxdialog/yesno.o lxdialog/menubox.o   conf-objs   := conf.o  zconf.tab.o mconf-objs     := mconf.o zconf.tab.o $(lxdialog) nconf-objs     := nconf.o zconf.tab.o nconf.gui.o kxgettext-objs  := kxgettext.o zconf.tab.o qconf-cxxobjs   := qconf.o qconf-objs  := zconf.tab.o gconf-objs  := gconf.o zconf.tab.o   hostprogs-y := conf nconf mconf kxgettext qconf gconf   clean-files := qconf.moc .tmp_qtcheck .tmp_gtkcheck clean-files += zconf.tab.c zconf.lex.c zconf.hash.c gconf.glade.h clean-files     += config.pot linux.pot   # Check that we have the required ncurses stuff installed for lxdialog (menuconfig) PHONY += $(obj)/dochecklxdialog $(addprefix $(obj)/,$(lxdialog)): $(obj)/dochecklxdialog $(obj)/dochecklxdialog:     $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(check-lxdialog) -check $(HOSTCC) $(HOST_EXTRACFLAGS) $(HOSTLOADLIBES_mconf)   always := dochecklxdialog

如果在编译内核的过程中，需要现编译出一些可执行文件供内核编译阶段使用，就需要借助Kbuild框架的本机程序支持的特性。Kbuild 框架中，专门使用hostprogs-y变量来指示在内核编译阶段需要使用的一些可执行文件，通过hostprogs-y += mconf，就向make程序指明mconf是一个编译阶段需要使用的可执行文件。另外，Kbuild框架使用-objs后缀来指明相应的可执行文件需要通过多个目标文件来链接生成，mconf-objs    := mconf.o zconf.tab.o $(lxdialog)就是向make指明，mconf文件是由mconf.o zconf.tab.o lxdialog/checklist.o lxdialog/util.o lxdialog/inputbox.o lxdialog/textbox.o lxdialog/yesno.o lxdialog/menubox.o链接生成的。再有，未明确写明生成规则时，Kbuild框架默认.o文件是由同名.c或.S文件编译生成的。我们在scripts\kconfig以及scripts\kconfig\lxdialog目录下可以找到前边8个.o文件的同名.c文件。

    保存配置信息后会在内核根目录下生成一个.config文件，该文件保存了所做的内核配置信息。