首页 / 操作系统 / Linux / 你知道 Linux 内核是如何构建的吗？

介绍

我不会告诉你怎么在自己的电脑上去构建、安装一个定制化的 Linux 内核，这样的资料太多了，它们会对你有帮助。本文会告诉你当你在内核源码路径里敲下make 时会发生什么。当我刚刚开始学习内核代码时，Makefile 是我打开的第一个文件，这个文件看起来真令人害怕 :）。那时候这个 Makefile 还只包含了1591 行代码，当我开始写本文时，内核已经是4.2.0的第三个候选版本 了。这个 makefile 是 Linux 内核代码的根 makefile ，内核构建就始于此处。是的，它的内容很多，但是如果你已经读过内核源代码，你就会发现每个包含代码的目录都有一个自己的 makefile。当然了，我们不会去描述每个代码文件是怎么编译链接的，所以我们将只会挑选一些通用的例子来说明问题。而你不会在这里找到构建内核的文档、如何整洁内核代码、tags 的生成和交叉编译 相关的说明，等等。我们将从make 开始，使用标准的内核配置文件，到生成了内核镜像 bzImage 结束。如果你已经很了解 make 工具那是最好，但是我也会描述本文出现的相关代码。让我们开始吧！（题图来自：adafruit.com） 

编译内核前的准备

在开始编译前要进行很多准备工作。最主要的就是找到并配置好配置文件，make 命令要使用到的参数都需要从这些配置文件获取。现在就让我们深入内核的根 makefile 吧内核的根 Makefile 负责构建两个主要的文件：vmlinux （内核镜像可执行文件）和模块文件。内核的 Makefile 从定义如下变量开始：

1. VERSION =4
2. PATCHLEVEL =2
3. SUBLEVEL =0
4. EXTRAVERSION =-rc3
5. NAME =Hurr durr I"ma sheep

这些变量决定了当前内核的版本，并且被使用在很多不同的地方，比如同一个 Makefile 中的 KERNELVERSION ：

1. KERNELVERSION = $（VERSION）$（if $（PATCHLEVEL）,.$（PATCHLEVEL）$（if $（SUBLEVEL）,.$（SUBLEVEL）））$（EXTRAVERSION）

接下来我们会看到很多ifeq 条件判断语句，它们负责检查传递给 make 的参数。内核的 Makefile 提供了一个特殊的编译选项 make help ，这个选项可以生成所有的可用目标和一些能传给 make 的有效的命令行参数。举个例子，make V=1 会在构建过程中输出详细的编译信息，第一个 ifeq 就是检查传递给 make 的 V=n 选项。

1. ifeq （"$（origin V）","command line"）
2. KBUILD_VERBOSE = $（V）
3. endif
4. ifndef KBUILD_VERBOSE
5. KBUILD_VERBOSE =0
6. endif
7. ifeq （$（KBUILD_VERBOSE）,1）
8. quiet =
9. Q =
10. else
11. quiet=quiet_
12. Q =@
13. endif
14. export quiet Q KBUILD_VERBOSE

如果 V=n 这个选项传给了 make ，系统就会给变量 KBUILD_VERBOSE 选项附上 V 的值，否则的话KBUILD_VERBOSE 就会为 0。然后系统会检查 KBUILD_VERBOSE 的值，以此来决定 quiet 和Q 的值。符号 @ 控制命令的输出，如果它被放在一个命令之前，这条命令的输出将会是 CC scripts/mod/empty.o，而不是Compiling .... scripts/mod/empty.o（LCTT 译注：CC 在 makefile 中一般都是编译命令）。在这段最后，系统导出了所有的变量。下一个 ifeq 语句检查的是传递给 make 的选项 O=/dir，这个选项允许在指定的目录 dir 输出所有的结果文件：

1. ifeq （$（KBUILD_SRC）,）
2. ifeq （"$（origin O）","command line"）
3. KBUILD_OUTPUT := $（O）
4. endif
5. ifneq （$（KBUILD_OUTPUT）,）
6. saved-output := $（KBUILD_OUTPUT）
7. KBUILD_OUTPUT := $（shell mkdir-p $（KBUILD_OUTPUT）&&cd $（KBUILD_OUTPUT）
8. &&/bin/pwd）
9. $（if $（KBUILD_OUTPUT）,,
10. $（error failed to create output directory "$（saved-output）"））
11. sub-make: FORCE
12. $（Q）$（MAKE）-C $（KBUILD_OUTPUT） KBUILD_SRC=$（CURDIR）
13. -f $（CURDIR）/Makefile $（filter-out _all sub-make,$（MAKECMDGOALS））
14. skip-makefile :=1
15. endif # ifneq （$（KBUILD_OUTPUT）,）
16. endif # ifeq （$（KBUILD_SRC）,）

系统会检查变量 KBUILD_SRC，它代表内核代码的顶层目录，如果它是空的（第一次执行 makefile 时总是空的），我们会设置变量 KBUILD_OUTPUT 为传递给选项 O 的值（如果这个选项被传进来了）。下一步会检查变量 KBUILD_OUTPUT ，如果已经设置好，那么接下来会做以下几件事：

• 将变量 KBUILD_OUTPUT 的值保存到临时变量 saved-output；
• 尝试创建给定的输出目录；
• 检查创建的输出目录，如果失败了就打印错误；
• 如果成功创建了输出目录，那么就在新目录重新执行 make 命令（参见选项-C）。

下一个 ifeq 语句会检查传递给 make 的选项 C 和 M：

1. ifeq （"$（origin C）","command line"）
2. KBUILD_CHECKSRC = $（C）
3. endif
4. ifndef KBUILD_CHECKSRC
5. KBUILD_CHECKSRC =0
6. endif
7. ifeq （"$（origin M）","command line"）
8. KBUILD_EXTMOD := $（M）
9. endif

第一个选项 C 会告诉 makefile 需要使用环境变量 $CHECK 提供的工具来检查全部 c 代码，默认情况下会使用sparse。第二个选项 M 会用来编译外部模块（本文不做讨论）。系统还会检查变量 KBUILD_SRC，如果 KBUILD_SRC 没有被设置，系统会设置变量 srctree 为.：

1. ifeq （$（KBUILD_SRC）,）
2. srctree :=.
3. endif
4. objtree :=.
5. src := $（srctree）
6. obj := $（objtree）
7. export srctree objtree VPATH

这将会告诉 Makefile 内核的源码树就在执行 make 命令的目录，然后要设置 objtree 和其他变量为这个目录，并且将这些变量导出。接着就是要获取 SUBARCH 的值，这个变量代表了当前的系统架构（LCTT 译注：一般都指CPU 架构）：

1. SUBARCH := $（shell uname-m |sed-e s/i.86/x86/-e s/x86_64/x86/
2. -e s/sun4u/sparc64/
3. -e s/arm.*/arm/-e s/sa110/arm/
4. -e s/s390x/s390/-e s/parisc64/parisc/
5. -e s/ppc.*/powerpc/-e s/mips.*/mips/
6. -e s/sh[234].*/sh/-e s/aarch64.*/arm64/）

如你所见，系统执行 uname 得到机器、操作系统和架构的信息。因为我们得到的是 uname 的输出，所以我们需要做一些处理再赋给变量 SUBARCH 。获得 SUBARCH 之后就要设置SRCARCH 和 hfr-arch，SRCARCH 提供了硬件架构相关代码的目录，hfr-arch 提供了相关头文件的目录：

1. ifeq （$（ARCH）,i386）
2. SRCARCH := x86
3. endif
4. ifeq （$（ARCH）,x86_64）
5. SRCARCH := x86
6. endif
7. hdr-arch := $（SRCARCH）

注意：ARCH 是 SUBARCH 的别名。如果没有设置过代表内核配置文件路径的变量 KCONFIG_CONFIG，下一步系统会设置它，默认情况下就是 .config ：

1. KCONFIG_CONFIG ？=.config
2. export KCONFIG_CONFIG

以及编译内核过程中要用到的 shell

1. CONFIG_SHELL := $（shell if[-x "$$BASH"];thenecho $$BASH;
2. elseif[-x /bin/bash];thenecho/bin/bash;
3. elseecho sh;fi;fi）

接下来就要设置一组和编译内核的编译器相关的变量。我们会设置主机的 C 和 C++ 的编译器及相关配置项：

1. HOSTCC =gcc
2. HOSTCXX = g++
3. HOSTCFLAGS =-Wall-Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -std=gnu89
4. HOSTCXXFLAGS =-O2

接下来会去适配代表编译器的变量 CC，那为什么还要 HOST* 这些变量呢？这是因为 CC 是编译内核过程中要使用的目标架构的编译器，但是 HOSTCC 是要被用来编译一组 host 程序的（下面我们就会看到）。然后我们就看到变量 KBUILD_MODULES 和 KBUILD_BUILTIN 的定义，这两个变量决定了我们要编译什么东西（内核、模块或者两者）：

1. KBUILD_MODULES :=
2. KBUILD_BUILTIN :=1
3. ifeq （$（MAKECMDGOALS）,modules）
4. KBUILD_BUILTIN := $（if $（CONFIG_MODVERSIONS）,1）
5. endif

在这我们可以看到这些变量的定义，并且，如果们仅仅传递了 modules 给 make，变量 KBUILD_BUILTIN 会依赖于内核配置选项 CONFIG_MODVERSIONS。下一步操作是引入下面的文件：

1. include scripts/Kbuild.include

文件 Kbuild 或者又叫做 Kernel Build System 是一个用来管理构建内核及其模块的特殊框架。kbuild 文件的语法与 makefile 一样。文件scripts/Kbuild.include 为 kbuild 系统提供了一些常规的定义。因为我们包含了这个 kbuild 文件，我们可以看到和不同工具关联的这些变量的定义，这些工具会在内核和模块编译过程中被使用（比如链接器、编译器、来自 binutils 的二进制工具包 ，等等）：

1. AS = $（CROSS_COMPILE）as
2. LD = $（CROSS_COMPILE）ld
3. CC = $（CROSS_COMPILE）gcc
4. CPP = $（CC）-E
5. AR = $（CROSS_COMPILE）ar
6. NM = $（CROSS_COMPILE）nm
7. STRIP = $（CROSS_COMPILE）strip
8. OBJCOPY = $（CROSS_COMPILE）objcopy
9. OBJDUMP = $（CROSS_COMPILE）objdump
10. AWK = awk
11. ...
12. ...
13. ...

在这些定义好的变量后面，我们又定义了两个变量：USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE。他们包含了头文件的路径（第一个是给用户用的，第二个是给内核用的）：

1. USERINCLUDE :=
2. -I$（srctree）/arch/$（hdr-arch）/include/uapi
3. -Iarch/$（hdr-arch）/include/generated/uapi
4. -I$（srctree）/include/uapi
5. -Iinclude/generated/uapi
6. -include $（srctree）/include/linux/kconfig.h
7. LINUXINCLUDE :=
8. -I$（srctree）/arch/$（hdr-arch）/include
9. ...

以及给 C 编译器的标准标志：

1. KBUILD_CFLAGS :=-Wall-Wundef-Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs
2. -fno-strict-aliasing -fno-common
3. -Werror-implicit-function-declaration
4. -Wno-format-security
5. -std=gnu89

这并不是最终确定的编译器标志，它们还可以在其他 makefile 里面更新（比如 arch/ 里面的 kbuild）。变量定义完之后，全部会被导出供其他 makefile 使用。下面的两个变量 RCS_FIND_IGNORE 和 RCS_TAR_IGNORE 包含了被版本控制系统忽略的文件：

1. export RCS_FIND_IGNORE := （ -name SCCS -o -name BitKeeper-o -name .svn -o
2. -name CVS -o -name .pc -o -name .hg -o -name .git ）
3. -prune -o
4. export RCS_TAR_IGNORE :=--exclude SCCS --exclude BitKeeper--exclude .svn
5. --exclude CVS --exclude .pc --exclude .hg --exclude .git

这就是全部了，我们已经完成了所有的准备工作，下一个点就是如果构建vmlinux。 

直面内核构建

现在我们已经完成了所有的准备工作，根 makefile（注：内核根目录下的 makefile）的下一步工作就是和编译内核相关的了。在这之前，我们不会在终端看到 make 命令输出的任何东西。但是现在编译的第一步开始了，这里我们需要从内核根 makefile 的 598 行开始，这里可以看到目标vmlinux：

1. all: vmlinux
2. include arch/$（SRCARCH）/Makefile

不要操心我们略过的从 export RCS_FIND_IGNORE..... 到 all: vmlinux..... 这一部分 makefile 代码，他们只是负责根据各种配置文件（make *.config）生成不同目标内核的，因为之前我就说了这一部分我们只讨论构建内核的通用途径。目标 all: 是在命令行如果不指定具体目标时默认使用的目标。你可以看到这里包含了架构相关的 makefile（在这里就指的是 arch/x86/Makefile）。从这一时刻起，我们会从这个 makefile 继续进行下去。如我们所见，目标 all 依赖于根 makefile 后面声明的 vmlinux：

1. vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $（vmlinux-deps） FORCE

vmlinux 是 linux 内核的静态链接可执行文件格式。脚本 scripts/link-vmlinux.sh 把不同的编译好的子模块链接到一起形成了 vmlinux。第二个目标是 vmlinux-deps，它的定义如下：

1. vmlinux-deps := $（KBUILD_LDS） $（KBUILD_VMLINUX_INIT） $（KBUILD_VMLINUX_MAIN）

它是由内核代码下的每个顶级目录的 built-in.o 组成的。之后我们还会检查内核所有的目录，kbuild 会编译各个目录下所有的对应 $（obj-y） 的源文件。接着调用 $（LD） -r 把这些文件合并到一个 build-in.o 文件里。此时我们还没有vmlinux-deps，所以目标 vmlinux 现在还不会被构建。对我而言 vmlinux-deps 包含下面的文件：

1. arch/x86/kernel/vmlinux.lds arch/x86/kernel/head_64.o
2. arch/x86/kernel/head64.o arch/x86/kernel/head.o
3. init/built-in.o usr/built-in.o
4. arch/x86/built-in.o kernel/built-in.o
5. mm/built-in.o fs/built-in.o
6. ipc/built-in.o security/built-in.o
7. crypto/built-in.o block/built-in.o
8. lib/lib.a arch/x86/lib/lib.a
9. lib/built-in.o arch/x86/lib/built-in.o
10. drivers/built-in.o sound/built-in.o
11. firmware/built-in.o arch/x86/pci/built-in.o
12. arch/x86/power/built-in.o arch/x86/video/built-in.o
13. net/built-in.o

下一个可以被执行的目标如下：

1. $（sort $（vmlinux-deps））: $（vmlinux-dirs）;
2. $（vmlinux-dirs）: prepare scripts
3. $（Q）$（MAKE） $（build）=$@

就像我们看到的，vmlinux-dir 依赖于两部分：prepare 和 scripts。第一个 prepare 定义在内核的根 makefile 中，准备工作分成三个阶段：

1. prepare: prepare0
2. prepare0: archprepare FORCE
3. $（Q）$（MAKE） $（build）=.
4. archprepare: archheaders archscripts prepare1 scripts_basic
5. prepare1: prepare2 $（version_h）include/generated/utsrelease.h
6. include/config/auto.conf
7. $（cmd_crmodverdir）
8. prepare2: prepare3 outputmakefile asm-generic

第一个 prepare0 展开到 archprepare ，后者又展开到 archheader 和 archscripts，这两个变量定义在 x86_64 相关的 Makefile。让我们看看这个文件。x86_64 特定的 makefile 从变量定义开始，这些变量都是和特定架构的配置文件 （defconfig，等等）有关联。在定义了编译 16-bit 代码的编译选项之后，根据变量 BITS 的值，如果是 32， 汇编代码、链接器、以及其它很多东西（全部的定义都可以在arch/x86/Makefile找到）对应的参数就是 i386，而 64 就对应的是 x86_84。第一个目标是 makefile 生成的系统调用列表（syscall table）中的 archheaders ：

1. archheaders:
2. $（Q）$（MAKE） $（build）=arch/x86/entry/syscalls all

第二个目标是 makefile 里的 archscripts：

1. archscripts: scripts_basic
2. $（Q）$（MAKE） $（build）=arch/x86/tools relocs

我们可以看到 archscripts 是依赖于根 Makefile里的scripts_basic 。首先我们可以看出 scripts_basic 是按照 scripts/basic 的 makefile 执行 make 的：

1. scripts_basic:
2. $（Q）$（MAKE） $（build）=scripts/basic

scripts/basic/Makefile 包含了编译两个主机程序 fixdep 和 bin2 的目标：

1. hostprogs-y := fixdep
2. hostprogs-$（CONFIG_BUILD_BIN2C）+= bin2c
3. always := $（hostprogs-y）
4. $（addprefix $（obj）/,$（filter-out fixdep,$（always）））: $（obj）/fixdep

第一个工具是 fixdep：用来优化 gcc 生成的依赖列表，然后在重新编译源文件的时候告诉make。第二个工具是 bin2c，它依赖于内核配置选项 CONFIG_BUILD_BIN2C，并且它是一个用来将标准输入接口（LCTT 译注：即 stdin）收到的二进制流通过标准输出接口（即：stdout）转换成 C 头文件的非常小的 C 程序。你可能注意到这里有些奇怪的标志，如 hostprogs-y 等。这个标志用于所有的 kbuild 文件，更多的信息你可以从documentation 获得。在我们这里， hostprogs-y 告诉 kbuild 这里有个名为 fixed 的程序，这个程序会通过和 Makefile 相同目录的 fixdep.c 编译而来。执行 make 之后，终端的第一个输出就是 kbuild 的结果：

1. $ make
2. HOSTCC scripts/basic/fixdep

当目标 script_basic 被执行，目标 archscripts 就会 make arch/x86/tools 下的 makefile 和目标 relocs:

1. $（Q）$（MAKE） $（build）=arch/x86/tools relocs

包含了重定位 的信息的代码 relocs_32.c 和 relocs_64.c 将会被编译，这可以在make 的输出中看到：

1. HOSTCC arch/x86/tools/relocs_32.o
2. HOSTCC arch/x86/tools/relocs_64.o
3. HOSTCC arch/x86/tools/relocs_common.o
4. HOSTLD arch/x86/tools/relocs

在编译完 relocs.c 之后会检查 version.h:

1. $（version_h）: $（srctree）/Makefile FORCE
2. $（call filechk,version.h）
3. $（Q）rm-f $（old_version_h）

我们可以在输出看到它：

1. CHK include/config/kernel.release

以及在内核的根 Makefiel 使用 arch/x86/include/generated/asm 的目标 asm-generic 来构建 generic 汇编头文件。在目标 asm-generic 之后，archprepare 就完成了，所以目标 prepare0 会接着被执行，如我上面所写：

1. prepare0: archprepare FORCE
2. $（Q）$（MAKE） $（build）=.

注意 build，它是定义在文件 scripts/Kbuild.include，内容是这样的：

1. build :=-f $（srctree）/scripts/Makefile.build obj

或者在我们的例子中，它就是当前源码目录路径：.：

1. $（Q）$（MAKE）-f $（srctree）/scripts/Makefile.build obj=.

脚本 scripts/Makefile.build 通过参数 obj 给定的目录找到 Kbuild 文件，然后引入 kbuild 文件：

1. include $（kbuild-file）

并根据这个构建目标。我们这里 . 包含了生成 kernel/bounds.s 和 arch/x86/kernel/asm-offsets.s 的 Kbuild 文件。在此之后，目标 prepare 就完成了它的工作。 vmlinux-dirs 也依赖于第二个目标 scripts ，它会编译接下来的几个程序：filealias，mk_elfconfig，modpost 等等。之后，scripts/host-programs 就可以开始编译我们的目标 vmlinux-dirs 了。首先，我们先来理解一下 vmlinux-dirs 都包含了那些东西。在我们的例子中它包含了下列内核目录的路径：

1. init usr arch/x86 kernel mm fs ipc security crypto block
2. drivers sound firmware arch/x86/pci arch/x86/power
3. arch/x86/video net lib arch/x86/lib

我们可以在内核的根 Makefile 里找到 vmlinux-dirs 的定义：

1. vmlinux-dirs := $（patsubst %/,%,$（filter %/, $（init-y） $（init-m）
2. $（core-y） $（core-m） $（drivers-y） $（drivers-m）
3. $（net-y） $（net-m） $（libs-y） $（libs-m）））
4. init-y :=init/
5. drivers-y := drivers/ sound/ firmware/
6. net-y := net/
7. libs-y := lib/
8. ...
9. ...
10. ...

这里我们借助函数 patsubst 和 filter去掉了每个目录路径里的符号 /，并且把结果放到 vmlinux-dirs 里。所以我们就有了 vmlinux-dirs 里的目录列表，以及下面的代码：

1. $（vmlinux-dirs）: prepare scripts
2. $（Q）$（MAKE） $（build）=$@

符号 $@ 在这里代表了 vmlinux-dirs，这就表明程序会递归遍历从 vmlinux-dirs 以及它内部的全部目录（依赖于配置），并且在对应的目录下执行 make 命令。我们可以在输出看到结果：

1. CC init/main.o
2. CHK include/generated/compile.h
3. CC init/version.o
4. CC init/do_mounts.o
5. ...
6. CC arch/x86/crypto/glue_helper.o
7. AS arch/x86/crypto/aes-x86_64-asm_64.o
8. CC arch/x86/crypto/aes_glue.o
9. ...
10. AS arch/x86/entry/entry_64.o
11. AS arch/x86/entry/thunk_64.o
12. CC arch/x86/entry/syscall_64.o

每个目录下的源代码将会被编译并且链接到 built-io.o 里：

1. $ find.-name built-in.o
2. ./arch/x86/crypto/built-in.o
3. ./arch/x86/crypto/sha-mb/built-in.o
4. ./arch/x86/net/built-in.o
5. ./init/built-in.o
6. ./usr/built-in.o
7. ...
8. ...

好了，所有的 built-in.o 都构建完了，现在我们回到目标 vmlinux 上。你应该还记得，目标 vmlinux 是在内核的根makefile 里。在链接 vmlinux 之前，系统会构建 samples, Documentation 等等，但是如上文所述，我不会在本文描述这些。

1. vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $（vmlinux-deps） FORCE
2. ...
3. ...
4. +$（call if_changed,link-vmlinux）

你可以看到，调用脚本 scripts/link-vmlinux.sh 的主要目的是把所有的 built-in.o 链接成一个静态可执行文件，和生成 System.map。 最后我们来看看下面的输出：

1. LINK vmlinux
2. LD vmlinux.o
3. MODPOST vmlinux.o
4. GEN .version
5. CHK include/generated/compile.h
6. UPD include/generated/compile.h
7. CC init/version.o
8. LD init/built-in.o
9. KSYM .tmp_kallsyms1.o
10. KSYM .tmp_kallsyms2.o
11. LD vmlinux
12. SORTEX vmlinux
13. SYSMAP System.map

vmlinux 和System.map 生成在内核源码树根目录下。

1. $ ls vmlinux System.map
2. System.map vmlinux

这就是全部了，vmlinux 构建好了，下一步就是创建 bzImage. 

制作bzImage

bzImage 就是压缩了的 linux 内核镜像。我们可以在构建了 vmlinux 之后通过执行 make bzImage 获得bzImage。同时我们可以仅仅执行 make 而不带任何参数也可以生成 bzImage ，因为它是在 arch/x86/kernel/Makefile 里预定义的、默认生成的镜像：

1. all: bzImage

让我们看看这个目标，它能帮助我们理解这个镜像是怎么构建的。我已经说过了 bzImage 是被定义在 arch/x86/kernel/Makefile，定义如下：

1. bzImage: vmlinux
2. $（Q）$（MAKE） $（build）=$（boot） $（KBUILD_IMAGE）
3. $（Q）mkdir-p $（objtree）/arch/$（UTS_MACHINE）/boot
4. $（Q）ln-fsn ../../x86/boot/bzImage $（objtree）/arch/$（UTS_MACHINE）/boot/$@

在这里我们可以看到第一次为 boot 目录执行 make，在我们的例子里是这样的：

1. boot := arch/x86/boot

现在的主要目标是编译目录 arch/x86/boot 和 arch/x86/boot/compressed 的代码，构建 setup.bin 和 vmlinux.bin，最后用这两个文件生成 bzImage。第一个目标是定义在 arch/x86/boot/Makefile 的 $（obj）/setup.elf:

1. $（obj）/setup.elf: $（src）/setup.ld $（SETUP_OBJS） FORCE
2. $（call if_changed,ld）

我们已经在目录 arch/x86/boot 有了链接脚本 setup.ld，和扩展到 boot 目录下全部源代码的变量 SETUP_OBJS 。我们可以看看第一个输出：

1. AS arch/x86/boot/bioscall.o
2. CC arch/x86/boot/cmdline.o
3. AS arch/x86/boot/copy.o
4. HOSTCC arch/x86/boot/mkcpustr
5. CPUSTR arch/x86/boot/cpustr.h
6. CC arch/x86/boot/cpu.o
7. CC arch/x86/boot/cpuflags.o
8. CC arch/x86/boot/cpucheck.o
9. CC arch/x86/boot/early_serial_console.o
10. CC arch/x86/boot/edd.o

下一个源码文件是 arch/x86/boot/header.S，但是我们不能现在就编译它，因为这个目标依赖于下面两个头文件：

1. $（obj）/header.o: $（obj）/voffset.h $（obj）/zoffset.h

第一个头文件 voffset.h 是使用 sed 脚本生成的，包含用 nm 工具从 vmlinux 获取的两个地址：

1. #define VO__end 0xffffffff82ab0000
2. #define VO__text 0xffffffff81000000

这两个地址是内核的起始和结束地址。第二个头文件 zoffset.h 在 arch/x86/boot/compressed/Makefile 可以看出是依赖于目标 vmlinux的：

1. $（obj）/zoffset.h: $（obj）/compressed/vmlinux FORCE
2. $（call if_changed,zoffset）

目标 $（obj）/compressed/vmlinux 依赖于 vmlinux-objs-y —— 说明需要编译目录 arch/x86/boot/compressed 下的源代码，然后生成 vmlinux.bin、vmlinux.bin.bz2，和编译工具 mkpiggy。我们可以在下面的输出看出来：

1. LDS arch/x86/boot/compressed/vmlinux.lds
2. AS arch/x86/boot/compressed/head_64.o
3. CC arch/x86/boot/compressed/misc.o
4. CC arch/x86/boot/compressed/string.o
5. CC arch/x86/boot/compressed/cmdline.o
6. OBJCOPY arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin
7. BZIP2 arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.bz2
8. HOSTCC arch/x86/boot/compressed/mkpiggy

vmlinux.bin 是去掉了调试信息和注释的 vmlinux 二进制文件，加上了占用了 u32 （LCTT 译注：即4-Byte）的长度信息的 vmlinux.bin.all 压缩后就是 vmlinux.bin.bz2。其中 vmlinux.bin.all 包含了 vmlinux.bin 和vmlinux.relocs（LCTT 译注：vmlinux 的重定位信息），其中 vmlinux.relocs 是 vmlinux 经过程序 relocs 处理之后的 vmlinux 镜像（见上文所述）。我们现在已经获取到了这些文件，汇编文件 piggy.S 将会被 mkpiggy 生成、然后编译：

1. MKPIGGY arch/x86/boot/compressed/piggy.S
2. AS arch/x86/boot/compressed/piggy.o

这个汇编文件会包含经过计算得来的、压缩内核的偏移信息。处理完这个汇编文件，我们就可以看到 zoffset 生成了：

1. ZOFFSET arch/x86/boot/zoffset.h

现在 zoffset.h 和 voffset.h 已经生成了，arch/x86/boot 里的源文件可以继续编译：

1. AS arch/x86/boot/header.o
2. CC arch/x86/boot/main.o
3. CC arch/x86/boot/mca.o
4. CC arch/x86/boot/memory.o
5. CC arch/x86/boot/pm.o
6. AS arch/x86/boot/pmjump.o
7. CC arch/x86/boot/printf.o
8. CC arch/x86/boot/regs.o
9. CC arch/x86/boot/string.o
10. CC arch/x86/boot/tty.o
11. CC arch/x86/boot/video.o
12. CC arch/x86/boot/video-mode.o
13. CC arch/x86/boot/video-vga.o
14. CC arch/x86/boot/video-vesa.o
15. CC arch/x86/boot/video-bios.o

所有的源代码会被编译，他们最终会被链接到 setup.elf ：

1. LD arch/x86/boot/setup.elf

或者：

1. 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

最后的两件事是创建包含目录 arch/x86/boot/* 下的编译过的代码的 setup.bin：

1. objcopy -O binary arch/x86/boot/setup.elf arch/x86/boot/setup.bin

以及从 vmlinux 生成 vmlinux.bin :

1. objcopy -O binary -R .note -R .comment -S arch/x86/boot/compressed/vmlinux arch/x86/boot/vmlinux.bin

最最后，我们编译主机程序 arch/x86/boot/tools/build.c，它将会用来把 setup.bin 和 vmlinux.bin 打包成 bzImage:

1. 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 就是把 setup.bin 和 vmlinux.bin 连接到一起。最终我们会看到输出结果，就和那些用源码编译过内核的同行的结果一样：

1. Setupis16268 bytes （padded to 16384 bytes）.
2. Systemis4704 kB
3. CRC 94a88f9a
4. Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready （#5）

全部结束。 

结论

这就是本文的结尾部分。本文我们了解了编译内核的全部步骤：从执行 make 命令开始，到最后生成 bzImage。我知道，linux 内核的 makefile 和构建 linux 的过程第一眼看起来可能比较迷惑，但是这并不是很难。希望本文可以帮助你理解构建 linux 内核的整个流程。 

链接

• GNU make util
• Linux kernel top Makefile
• cross-compilation
• Ctags
• sparse
• bzImage
• uname
• shell
• Kbuild
• binutils
• gcc
• Documentation
• System.map
• Relocation

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via: https://github.com/0xAX/linux-insides/blob/master/Misc/how_kernel_compiled.md译者：oska874 校对：wxy本文由 LCTT 原创翻译，Linux中国 荣誉推出