arm-linux内核编译过程小结

2023-03-12 07:17:26

记在前面的杂七杂八

内核的生成，实际上最终的目的是生成一个binary文件zImage，大小2-5MB的数量级。
用户可以从kernel.org得到的tar.gz格式的内核源代码，此代码解压后，就会生成初始状态的内核源代码树，这种状态称为内核的初始状态。
通过make mrproper/make distclean等指令，可以使内核恢复到刚解压的状态。其中make mrproper只清除包括.config文件在内的，为内核编译及连接而生成的诸多配置文件。distclean对象执行mrproper命令，清除内核编译后生成的所有对象文件，备份文件等。
如果将初始化状态的内核直接编译，虽然能生成vmlinux，但大多数情况下会引起内核严重错误(kernel panic)。构建内核前，需要执行的最重要，最需谨慎处理的部分是内核配置(kernel configureation)过程。内核配置过程也是适当选择与自身相吻合的各种内核要素的过程。
内核的配置可以用xconfig,menuconfig,gconfig等，最终都是会执行一个二进制文件，如menuconfig最终执行的是mconf，这个程序在./script/kconfig/目录下。
在构建内核时，各个*.o的目录下都有一个.*.cmd，这个文件是记录这个.o最终执行的编译命令的，如vmlinux.cmd和.vmlinux.o.cmd。
一句make一般来说，默认的目标有两个，一个是vmlinux，一个是zImage
通过emulator启动goldfish的时候，实际上启动的是zImage，这货才2.5MB左右，启动命令如下:
```
emulator -show-kernel -kernel /mnt/VMDisk1/kernel/goldfish/arch/arm/boot/zImage -avd test -qemu -s
```
- 1
- 1
在图形化界面下，内核的配置也会有很多很多问题，一般每个系统均提供自定义配置文件，这些配置文件都是与具体芯片相关的(Soc, System on Chip)，如下：

tigger@ubuntu:/mnt/VMDisk1/kernel/goldfish$ cd arch/

alpha/      blackfin/   frv/        ia64/       microblaze/ openrisc/   s390/       sparc/      unicore32/

arm/        c6x/        h8300/      m32r/       mips/       parisc/     score/      tile/       x86/

avr32/      cris/       hexagon/    m68k/       mn10300/    powerpc/    sh/         um/         xtensa/ 

tigger@ubuntu:/mnt/VMDisk1/kernel/goldfish/arch/arm/configs$ ll

total 632

drwxr-xr-x  2 tigger tigger  4096 2014-10-14 20:09 ./

drwxr-xr-x 88 tigger tigger  4096 2014-11-01 02:28 ../

-rw-r--r--  1 tigger tigger  1998 2014-10-11 02:28 acs5k_defconfig

-rw-r--r--  1 tigger tigger  2011 2014-10-11 02:28 acs5k_tiny_defconfig

-rw-r--r--  1 tigger tigger  2509 2014-10-14 20:09 afeb9260_defconfig

-rw-r--r--  1 tigger tigger  2241 2014-10-11 02:28 ag5evm_defconfig

-rw-r--r--  1 tigger tigger  2617 2014-10-11 02:28 am200epdkit_defconfig

......

内核的构建

如想使用goldfish的配置，可以：

    //根据goldfish_armv7_defconfig生成.config文件

    make goldfish_armv7_defconfig

    //调整一些具体细节项

    make menuconfig

    //然后就可以编译了

    make

.config文件是构建内核所需的内核配置目录，它是在CONFIG_XXX变量中用y,n,m三个状态进行配置的目录，这种形态的内核配置系统叫做kconfig。根据kconfig提供的三个状态(y,n,m)决定是否构建内核相应的模块（Kconfig系统中y,n,m只是bool类型的配置选项，实际上.config中可能有hex/int/bool/tristate/string这多种类型的选项）。
- 状态为y时：相应的二进制文件，与vmlinux链接。
- 状态为m时：不会和vmlinux链接，但作为模块执行编译。
- 状态为n时：不编译。
mconf通过.config配置文件，生成autoconf.h头文件

tigger@ubuntu:/mnt/VMDisk1/kernel/goldfish$ find ./ -name autoconf.h

./include/linux/autoconf.h

./include/generated/autoconf.h

这两个文件是一样的，也不知道谁复制的谁，大体看一下文件内容：

#define CONFIG_RING_BUFFER 1

#define CONFIG_NF_CONNTRACK_H323 1

#define CONFIG_KERNEL_GZIP 1

#define CONFIG_INPUT_KEYBOARD 1

#define CONFIG_IP_NF_TARGET_REDIRECT 1

#define CONFIG_CRC32 1

#define CONFIG_NF_NAT_PROTO_SCTP 1

#define CONFIG_HAVE_AOUT 1

#define CONFIG_VFP 1

#define CONFIG_AEABI 1

#define CONFIG_FB_TILEBLITTING 1

#define CONFIG_HIGH_RES_TIMERS 1

#define CONFIG_BLK_DEV_DM 1

#define CONFIG_VLAN_8021Q 1

可以发现，在.config中定义的的宏，在预处理阶段被处理成了各种#define语句。

利用kconfig完成内核配置，准备好.config文件后，即可构建内核。构建内核是指，编译内核，链接各个二进制文件，最终生成一个二进制文件zImage的一系列过程。
从linux2.6开始，内核采用kbuild系统来进行编译了，kbuild是指上是一堆脚本的组合。

linux内核Makefile分类:
* Kernel Makefile：位于内核源代码的顶层目录，也叫Top Makefile。主要用于指定编译内核的目标文件(vmlinux)和模块。在编译内核或模块时，这个文件会被首先读取，并根据内容设置环境变量。
* kbuild Makefile： kbuild系统使用kbuild Makefile来编译内核或模块，Kbuild Makefile指定哪些编译近内核，哪些编译为模块。
* arch Makefile：位于./arch/$(ARCH)/Makefile，是系统对应平台的Makefile。top makefile会包含这个文件来指定平台相关信息，只有平台开发人员需要关心这个文件。

vmlinux的生成

编译后，vmlinux是在内核目录树的根目录下生成的一个ELF文件，这里以goldfish下执行make为例，查看vmlinux的生成。当执行make命令的时候，会先扫描内核的根目录的Makefile:

##(后续只列举关键内容)，./Makefile

##.PHONY: $(PHONY)是在Makefile最后定义的, .PHONY是将一个目标声明为伪目标，

##这样make在执行规则时不会试图去查找隐含规则来创建他(简单理解不会把_all当

##成一个文件，不会存在如果当前目录存在_all这个文件，而文件不更新，系统不能编译的问题)

##所有这样的文件都加到了.PHONY里面。

PHONY := _all

##_all是编译的默认目标，就是make指令的默认目标

_all:

ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)

##如果没指定编译模块

_all: all

else

##如果指定是编译模块

_all: modules

endif

#如果没指定编译模块，则这里最终编译的就是vmlinux

#（注：在体系结构相关的makefile中一般还有一个all，即zImage）

all: vmlinux

vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE

    ##vmlinux-modpost不存在，这里好像是忽略了??

    $(call vmlinux-modpost)

    ##如果if_changed_rule成立则执行rule_vmlinux__

    $(call if_changed_rule,vmlinux__)

    ##删除.old_version

    $(Q)rm -f .old_version

后续会分析其中的各个目标

目标文件 vmlinux.o

vmlinux.o是没有去除符号表的可执行文件，最终生成的vmlinux为真正的内核镜像

-rwxr-xr-x   1 tigger tigger  61M 2014-12-22 01:21 vmlinux*

-rw-r--r--   1 tigger tigger 109M 2014-12-22 01:21 vmlinux.o

目标文件 vmlinux.lds

vmlinux.lds是一个链接脚本，是给ld链接器使用的。一般来说，普通程序是不需要指定linker script的，也不需要关心各个section的具体位置。当程序执行时，kernel中的ELF Loader会根据ELF文件头解析可执行文件的各个section，并把他们映射到虚拟地址空间。然而，内核启动时，必须首先确定各个section的具体位置，这就是vmlinux.lds的作用。这个文件必然是体系结构相关的，在arm中有两个连接脚本分别位于：
./arch/arm/kernel/vmlinux.lds(这个是给vmlinux编译用的连接脚本，就是这里面的vmlinux.lds)
./arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds(这个是给zImage编译时候用的连接脚本)

目标文件 kallsyms.o

在2.6内核中，为了更好的调试内核，引入了kallsyms机制。kallsyms把内核中用到的所有函数地址和名称链接到内核文件，当内核启动后，同时加载到内存中。当发生oops时候，内核就会
解析eip位于哪个函数中，然后打印出backtrace信息。内核编译的最后，make会执行:nm -n vmlinux|scripts/kallsyms,其中：
1. nm -n vmlinux负责生成所有的内核符号并按地址排序
2. scripts/kallsyms负责处理这个列表，并生成需要的链接文件tmp_kallsyms%.s
也就是说kallsyms实际上是内核编译完了之后，vmlinux中通过nm命令生成的，所以所有符号地址都包括了，实际上是和System.map是一样的。
而且kallsyms中所有函数的地址，是放在一个全局数组kallsyms_addresses[]中的，如下:

kallsyms_addresses:

        PTR     _text + 0x180

        PTR     _text + 0x180

        PTR     _text + 0x180

        PTR     _text + 0x194

        PTR     _text + 0x360

        PTR     _text + 0x374

        PTR     _text + 0x484

        PTR     _text + 0x594

        PTR     _text + 0x5f4

        PTR     _text + 0x5f8

        PTR     _text + 0x60c

        PTR     _text + 0x624

kallsyms_addresses中的每一个表项，都在重定位表中有记录，如果内核发生了重定位，那么kallsyms中的内容也会跟着修改，所以cat /proc/kallsyms的时候总是看到的是真正的函数地址。

kallsyms的整个符号表，最终都会放在kallsyms.o文件中。

#kallsyms也是最终依赖一个文件，这个是.tmp_kallsymsX.o

kallsyms.o := .tmp_kallsyms$(last_kallsyms).o

目标 vmlinux-init

#./Makefile

vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)

head-y

#./Makefile

#head-y定义在具体体系结构的makefile中,这句include会载入head-y的定义

include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile

#./arch/arm/Makefile

#这里的MMUEXT应该是是否开启mmu的意思，如果不开启就是head-nommu.o，开启就是head.o

head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o \

        arch/arm/kernel/init_task.o

init-y

#./Makefile

#一开始init-y是个目录

init-y  := init/

#后续把init-y变量中所有符合%/的替换为%/built-in.o，这句之后init-y 被赋值为 init/built-in.o

init-y          := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y))

所以最终vmlinux-init 实际上是:
1. arch/arm/kernel/head.o（这是Image/vmlinux的入口代码)。
2. arch/arm/kernel/init_task.o
3. init/built-in.o
三者链接而来的。

目标 vmlinux-main

vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)

core-y

#./Makefile

core-y := usr/

ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)

core-y  += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/

#如果是编译内核的话，core-y最终包含: usr/ kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/

#目录下的built-in.o。编译模块的话，就只包含usr/build-in.o。

core-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))

#./arch/arm/Makefile

#除此之外,core-y还包含体系结构相关的:arch/arm/kernel、mm、common

#以及具体芯片相关的:mach-xxx,plat-xxx目录下built-in.o文件（如mach-goldfish）。

#(见前面的include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile)，几乎涵盖了所有built-in.o。

machdirs := $(patsubst %,arch/arm/mach-%/,$(machine-y))

platdirs := $(patsubst %,arch/arm/plat-%/,$(plat-y))

core-y += arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/ arch/arm/common/

core-y += arch/arm/net/

core-y += $(machdirs) $(platdirs)

libs-y

#libs-y也是包含具体体系结构相关的库，并且包括lib.a和built-in.o两个文件

#./Makefile

libs-y  := lib/

#把$(libs-y)中所有的%/替换为%/lib.a -> libs-y1

libs-y1 := $(patsubst %/, %/lib.a, $(libs-y))

#把$(libs-y)中所有的%/替换为%/built-in.o -> libs-y2

libs-y2 := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))

##libs-y等于二者的合并

libs-y  := $(libs-y1) $(libs-y2)

#./arch/arm/Makefile

#在libs-y的目录基础上加上arch/arm/lib/这个目录，这是在libs-y1,libs-y2合并前加入的

libs-y := arch/arm/lib/ $(libs-y)

drivers-y

#./Makefile

drivers-y  := drivers/ sound/ firmware/

#drivers, sound, firmware目录的所有built-in.o文件

drivers-y  := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y))

#./arch/arm/Makefile

#根据配置文件决定是否加入体系结构相关的驱动

drivers-$(CONFIG_OPROFILE) += arch/arm/oprofile/

net-y

#./Makefile

net-y := net/

#net目录的built-in.o

net-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y))

总结一下,vmlinux-main是由以下四个目标组成的:

core-y:
1. 包含体系结构无关的usr/ kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/ 目录下的built-in.o文件(如果是编译module，则只包含usr/built-in.o)。
2. 包含体系结构相关的文件，在arm下为arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/ arch/arm/common/ arch/arm/net/下的built-in.o。
3. 包含具体芯片相关的文件，如arch/arm/plat-%/ arch/arm/mach-%/下的built-in.o。
libs-y: 包含arch/arm/lib/和 lib/目录下的built-in.o和lib.a文件。
drivers-y: 包含drivers/ sound/ firmware/以及arch/arm/oprofile/（可选）目录下的built-in.o文件。
net-y: 包含net/built-in.o文件。

vmlinux的生成过程规则: rule_vmlinux__

define rule_vmlinux__

    :

    #makefile -n的时候只是打印命令不会执行，这个+号表示始终执行

    #这货生成.version文件旧的.version存到.old_version,内容为"1"

    $(if $(CONFIG_KALLSYMS),,+$(call cmd,vmlinux_version))

    #调用cmd_vmlinux__命令,这个命令实际上就是将vmlinux的一堆依赖目标，连接为vmlinux

    $(call cmd,vmlinux__)

    #如果当前$@为DIR/vmlinux，则这个命令被存储到DIR/.vmlinux.cmd中

    #@D为$@中的目录(DIR)，@F为$@中的文件(vmlinux)

    $(Q)echo 'cmd_$@ := $(cmd_vmlinux__)' > $(@D)/.$(@F).cmd

    #quiet默认为空(有可能为silent_),为空时调用cmd_sysmap

    #cmd_sysmap = $(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/mksysmap

    #这里调用mksysmap来生成System.map，mksysmap就是个脚本，其内容为:

    #$NM -n $1 | grep -v '\( [aNUw] \)\|\(__crc_\)\|\( \$[adt]\)' > $2

    $(Q)$(if $($(quiet)cmd_sysmap),                                      \

        ##显示命令

      echo '  $($(quiet)cmd_sysmap)  System.map' &&)                     \

    $(cmd_sysmap) $@ System.map;                                         \

    if [ $$? -ne 0 ]; then                                               \

        rm -f $@;                                                    \

        /bin/false;                                                  \

    fi;

    #应该是再弄一遍符号表出来，比较符号是否正确

    $(verify_kallsyms)

endef

define verify_kallsyms

    $(Q)$(if $($(quiet)cmd_sysmap),                                      \

      echo '  $($(quiet)cmd_sysmap)  .tmp_System.map' &&)                \

      $(cmd_sysmap) .tmp_vmlinux$(last_kallsyms) .tmp_System.map

    $(Q)cmp -s System.map .tmp_System.map ||                             \

        (echo Inconsistent kallsyms data;                            \

         echo This is a bug - please report about it;                \

         echo Try "make KALLSYMS_EXTRA_PASS=1" as a workaround;      \

         rm .tmp_kallsyms* ; /bin/false )

endef

rule_vmlinux__ -> cmd_vmlinux__

      #?=是 如果没有被复制，则等于，这里是调用LD连接vmlinux所需的各种文件

      #LDFLAGS,LDFLAGS_vmlinux这些变量会作为LD的链接参数

      #-o $@指定最终生成的文件为vmlinux

      cmd_vmlinux__ ?= $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) -o $@ \

      # -T指定链接脚本文件为vmlinux-lds 后面跟着的$(vmlinux-init)为一堆目标文件

      -T $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init)                          \

      ##如果ld载入了一个库，发现该库中，有UNDF，未被定义的变量，有了这个参数的指示后，就会在这一堆.a和.o文件里面反复搜索，直至找到为止，否则，如果在已经加载的库中，找不到，就会报错????

      --start-group $(vmlinux-main) --end-group                  \

      ##从$^中去除$(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o FORCE中的字符，并返回结果,这里的结果就是.tmp_kallsyms2.o（没用kallsyms.o)

      $(filter-out $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o FORCE ,$^)

rule_vmlinux生成的vmlinux.cmd:

      #在mt6582下,vmlinux.cmd如下:

      cmd_vmlinux :=

      arm-linux-androideabi-ld.bfd \ #$(LD)

      -EL  -p --no-undefined -X --emit-relocs --build-id \ #$LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux)

      -o vmlinux \ #$-o $@

      -T arch/arm/kernel/vmlinux.lds \ #-T $(vmlinux-lds)

      arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o  init/built-in.o \ #$(vmlinux-init)

      --start-group  \

      usr/built-in.o  arch/arm/vfp/built-in.o  arch/arm/kernel/built-in.o  arch/arm/mm/built-in.o  arch/arm/common/built-in.o  arch/arm/net/built-in.o  mediatek/platform/mt6582/kernel/core/built-in.o  kernel/built-in.o  mm/built-in.o  fs/built-in.o  ipc/built-in.o  security/built-in.o  crypto/built-in.o  block/built-in.o  arch/arm/lib/lib.a  lib/lib.a  arch/arm/lib/built-in.o  lib/built-in.o  drivers/built-in.o  sound/built-in.o  firmware/built-in.o  mediatek/kernel/built-in.o  mediatek/custom/out/kernel/built-in.o  mediatek/platform/mt6582/kernel/drivers/built-in.o  aliyun/security/built-in.o  net/built-in.o \ #$(vmlinux-main)

      --end-group \

      .tmp_kallsyms2.o #$(filter-out $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o FORCE ,$^)

也就是说vmlinux实际上是由vmlinux.lds 连接vmlinux-init, vmlinux-main和.tmp_kallsyms2.o而成的，与vmlinx.o没有链接的关系!!!

vmlinux.o的生成

#vmlinux.o只依赖于$(modpost-init) $(vmlinux-main)两个目标文件，

##其最终调用的是rule_vmlinux-modpost

vmlinux.o: $(modpost-init) $(vmlinux-main) FORCE

    $(call if_changed_rule,vmlinux-modpost)

define rule_vmlinux-modpost

    :

    #调用cmd_vmlinux-modpost，这个函数是用来链接生成vmlinux.o的

    +$(call cmd,vmlinux-modpost)

    #实际上调用的是make -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost vmlinux.o

    $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $@

    #dot-target是在$@的前面加个.,这里就是.vmlinux.o.cmd,这里是

    #将命令存储到.vmlinux.o.cmd

    $(Q)echo 'cmd_$@ := $(cmd_vmlinux-modpost)' > $(dot-target).cmd

endif

     #cmd_vmlinux-modpost负责生成vmlinux.o，其规则和vmlinux的规则差不多

     #其差别主要在于，vmlinux.o没有指定--no-undefined编译选项

     #没有指定链接脚本，没有指定符号表

     cmd_vmlinux-modpost = $(LD) $(LDFLAGS) -r -o $@                          \

     $(vmlinux-init) --start-group $(vmlinux-main) --end-group             \

     $(filter-out $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) FORCE ,$^)

vmlinux.o的生成命令(.vmlinux.o.cmd)

        cmd_vmlinux.o :=

        arm-linux-androideabi-ld.bfd \ #$(LD)

        -EL   \#$(LDFLAGS)

        -r -o vmlinux.o \# -r -o $@ ，-r指定了可重定位的输出文件

        arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o  init/built-in.o  \#$(vmlinux-init)

        --start-group  \

        usr/built-in.o  arch/arm/vfp/built-in.o  arch/arm/kernel/built-in.o  arch/arm/mm/built-in.o  arch/arm/common/built-in.o  arch/arm/net/built-in.o  mediatek/platform/mt6582/kernel/core/built-in.o  kernel/built-in.o  mm/built-in.o  fs/built-in.o  ipc/built-in.o  security/built-in.o  crypto/built-in.o  block/built-in.o  arch/arm/lib/lib.a  lib/lib.a  arch/arm/lib/built-in.o  lib/built-in.o  drivers/built-in.o  sound/built-in.o  firmware/built-in.o  mediatek/kernel/built-in.o  mediatek/custom/out/kernel/built-in.o  mediatek/platform/mt6582/kernel/drivers/built-in.o  aliyun/security/built-in.o  net/built-in.o \#$(vmlinux-main)

        --end-group

        #\$(filter-out $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) FORCE ,$^)为空

make -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost vmlinux.o

rule_vmlinux-modpost生成vmlinux.o后会调用

$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $@，解析后就是

解析后就是:

make -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost vmlinux.o

#./$(srctree)/scripts/Makefile.modpost

modpost = scripts/mod/modpost                   \

 $(if $(CONFIG_MODVERSIONS),-m)                  \

 $(if $(CONFIG_MODULE_SRCVERSION_ALL),-a,)       \

 $(if $(KBUILD_EXTMOD),-i,-o) $(kernelsymfile)   \

 $(if $(KBUILD_EXTMOD),-I $(modulesymfile))      \

 $(if $(KBUILD_EXTRA_SYMBOLS), $(patsubst %, -e %,$(KBUILD_EXTRA_SYMBOLS))) \

 $(if $(KBUILD_EXTMOD),-o $(modulesymfile))      \

 $(if $(CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH),,-S)      \

 $(if $(KBUILD_EXTMOD)$(KBUILD_MODPOST_WARN),-w) \

 $(if $(cross_build),-c)

#根据make -f的指定，生成vmlinux.o目标

vmlinux.o: FORCE

    $(call cmd,kernel-mod)

#最终调用的命令如:scripts/mod/modpost -o $(srctree)/Module.symvers -S vmlinux.o

#实际上这一句makefile是用来生成Module.symvers文件的，这个文件是对内核函数做crc签名校验的

cmd_kernel-mod = $(modpost) $@

Module.symvers文件只有在开启CONFIG_MODVERSIONS才生效的，否则里面的crc全是0，我这里没有开，内容如下:

<CRC>           <Symbol>                <module> <type>

0x00000000      cfg80211_send_rx_assoc  vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      generic_file_splice_write       vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      set_anon_super  vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      kmem_cache_alloc        vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      replace_page_cache_page vmlinux EXPORT_SYMBOL_GPL

0x00000000      __cond_resched_softirq  vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      mt_fh_popod_restore     vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      i2c_put_adapter vmlinux EXPORT_SYMBOL

0x00000000      rtc_class_open  vmlinux EXPORT_SYMBOL_GPL

0x00000000      scsi_sense_key_string   vmlinux EXPORT_SYMBOL

......

总结一下：

vmlinux依赖于目标文件vmlinux.o，但是二者的生成没有直接关系，即vmlinux并不链接vmlinux.o文件
vmlinux和vmlinux.o的区别主要在于:
1. vmlinux指定了–no-undefined编译选项，不可以有未决符号，而vmlinux.o可以有。
2. vmlinux指定了链接脚本vmlinux.lds，vmlinux.o没有连接脚本。
3. vmlinux连接了符号表*kallsyms*.o文件,vmlinux.o没有连接符号表。
4. vmlinux没指定-r选项，vmlinux.o指定了-r选项，-r是用来生成可重定位的目标文件用的，这个选项导致了vmlinux.o虽然链接的较vmlinux少，但实际体积比vmlinux要大（在我编译出的镜像中，vmlinux大小61MB，包含56个段; vmlinx.o大小109MB，包含12119个段，其中有6061个段为重定位段，另外有5981个段为各种ksy*段，如__ksymtab_strings。

zImage的生成

#./arch/arm/Makefile

#在根目录makefile中的include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile会include当前文件

#这是all出现的第二个目标，all的所有目标会合并，合并后就是vmlinux和zImage

all:    $(KBUILD_IMAGE)

KBUILD_IMAGE := zImage

#zImage还依赖于vmlinux

zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

    #此命令解析后类似:

    #make -f scripts/Makefile.build obj=arch/arm/boot MACHINE = XXX arch/arm/boot/zImage

    #调用makefile.build作为makefile的脚本，obj和MACHINE都为变量

    #要build的目标为arch/arm/boot/zImage,这个就是target

    $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@

#./scripts/makefile.build

#初始化各个变量为空

obj-y :=

obj-m :=

lib-y :=

lib-m :=

##包含配置文件，没有就算了(这里没有）

-include include/config/auto.conf

##导入内部函数

include scripts/Kbuild.include

src := $(obj)

##这一句是在src目录下找Makefile文件，对于arch/arm/boot来说，最终找到的是

##arch/arm/boot/Makefile

kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))

kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)

##所以对于arch/arm/boot来说，最终这里include了./arch/arm/boot/Makefile

##最终要编译的目标arch/arm/boot/zImage就是在./arch/arm/boot/Makefile中定义的

include $(kbuild-file)

#./arch/arm/boot/Makefile

ifneq ($(MACHINE),)

#这里一般记录 zreladdr-y，params_phys-y，initrd_phys-y 等信息

include $(srctree)/$(MACHINE)/Makefile.boot

endif

ZRELADDR    := $(zreladdr-y)

PARAMS_PHYS := $(params_phys-y)

INITRD_PHYS := $(initrd_phys-y)

#这个文件是被include进来的，$(obj)这里就是arch/arm/boot

#这个$(obj)/zImage展开的话就是arch/arm/boot/zImage

$(obj)/zImage:	$(obj)/compressed/vmlinux FORCE

    ##这里是向if_changed传入了objcopy，if_changed会给其加上cmd_开头的头，如果这里得到执行

    ##最终执行的会是cmd_objcopy

    $(call if_changed,objcopy)

    @echo '  Kernel: $@ is ready'

#./scripts/makefile.lib

cmd_objcopy = $(OBJCOPY) $(OBJCOPYFLAGS) $(OBJCOPYFLAGS_$(@F)) $< $@

所以zImage实际上是依赖于$(obj)/compressed/vmlinux的，是后者执行了一个objcopy -binary过来的（$(obj)/compressed/vmlinux并不是vmlinux，前者是内核Image压缩为piggy.gz后再次生成的一个压缩后的elf镜像，而后者是内核的镜像，$(obj)/compressed/vmlinux大小约为2.XMB，后面也称其为vmlinux(小），而另一个称为vmlinux(大)）其命令行如下:

cmd_arch/arm/boot/zImage := arm-linux-androideabi-objcopy -O binary -R .comment -S  arch/arm/boot/compressed/vmlinux arch/arm/boot/zImage

目标 $(obj)/compressed/vmlinux

#./arch/arm/boot/Makefile

#vmlinux(小)依赖于Image

$(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE

    #这句和前面类似，还是make -f makefile.build

    #最终include arch/arm/boot/compressed/makefile

    #目标$(obj)/compressed/vmlinux定义在arch/arm/boot/compressed/makefile中

    $(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $@ 

#Image又依赖于vmlinux(大)

$(obj)/Image: vmlinux FORCE

    #Image同样是vmlinux(大)通过objcopy -binary过来的，.Image.cmd如下:

    #cmd_arch/arm/boot/Image := arm-linux-androideabi-objcopy \

    #-O binary -R .comment -S  vmlinux arch/arm/boot/Image

    $(call if_changed,objcopy)

    @echo '  Kernel: $@ is ready'

#./arch/arm/boot/compress/Makefile

HEAD    = head.o

OBJS        =

#这个OBJS根据不同CONFIG还可能有多个.o

OBJS        += string.o

lib1funcs = $(obj)/lib1funcs.o

ashldi3 = $(obj)/ashldi3.o

#这里是piggy.gzip,这个文件实际上就是压缩了Image，再加上piggy.S编译来的

#这里的suffix_y最终执行的是cmd_gzip（./script/makefile.lib)

$(obj)/piggy.$(suffix_y): $(obj)/../Image FORCE

    $(call if_changed,$(suffix_y))

#piggy.gzip.o依赖于piggy.gzip,这只是依赖关系，默认没有编译脚本，所以

#默认编译的是piggy.gzip.S

$(obj)/piggy.$(suffix_y).o:  $(obj)/piggy.$(suffix_y) FORCE

#vmlinux(小)也是有个自己的链接脚本vmlinux.lds的，这个和vmlinux(大)的是不同的两个脚本。

$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o \

        $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) $(ashldi3) FORCE

    @$(check_for_multiple_zreladdr)

    $(call if_changed,ld)

    @$(check_for_bad_syms)

文件piggy.gzip.s

        #此文件直接将piggy.zip包含进来了

        .section .piggydata,#alloc

        .globl  input_data

input_data:

        .incbin "arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip"

        .globl  input_data_end

input_data_end:

zImage的生成流程图

从vmlinux到zImage的步骤如图:
arm-linux内核编译过程小结

*.cmd

在构建内核时，各个*.o的目录下都有一个.*.cmd，这个文件是记录这个.o最终执行的编译命令的，如vmlinux.cmd和.vmlinux.o.cmd，从vmlinux到zImage的步骤总结如下：

//1.vmlinux(61MB)->Image(5.1M)

//./arch/arm/boot/.Image.cmd

cmd_arch/arm/boot/Image := arm-eabi-objcopy \

     -O binary -R .comment -S  vmlinux arch/arm/boot/Image

//2. Image(5.1MB)->piggy.gzip（1.7MB）（gzip -9 压缩)

//./arch/arm/boot/compressed/.piggy.gz.cmd

cmd_arch/arm/boot/compressed/piggy.gz := gzip -f -9 \

    < arch/arm/boot/compressed/../Image > \

    arch/arm/boot/compressed/piggy.gz

//3. piggy.gzip(1.7MB)->piggy.o（1.7MB）

//实际上是将piggy.gz通过piggy.S编译进piggy.o文件中,piggy.S文件仅有6行

//./arch/arm/boot/compressed/.piggy.o.cmd

//4. head.o 、piggy.o 、misc.o,piggy.o -> vmlinux(2.6MB)

//这个vmlinux是在./arch/arm/boot/compressed目录下的，且经过压缩且含有自解压代码的内核。

//./arch/arm/boot/compressed/.vmlinux.cmd

cmd_arch/arm/boot/compressed/vmlinux := arm-eabi-ld -EL\

    --defsym _kernel_bss_size=1419856 \

    --defsym zreladdr=0x00008000 \

    -p --no-undefined -X -T \

    arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds \

    arch/arm/boot/compressed/head.o \

    arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip.o \

    arch/arm/boot/compressed/misc.o \

    arch/arm/boot/compressed/decompress.o \

    arch/arm/boot/compressed/string.o \

    arch/arm/boot/compressed/lib1funcs.o \

    arch/arm/boot/compressed/ashldi3.o  \

    -o arch/arm/boot/compressed/vmlinux

//5. vmlinux(2.6MB)->zImage(2.5MB)

//将arch/arm/boot/compressed/vmlinux去除调试信息、注释、符号表等内容，生成arch/arm/boot/zImage,这是一个可以使用的linux内核映像文件了，一个linux内核镜像，最终约2.5MB大小

//./arch/arm/boot/.zImage.cmd

cmd_arch/arm/boot/zImage := arm-eabi-objcopy \

    -O binary -R .comment \

    -S arch/arm/boot/compressed/vmlinux \

    arch/arm/boot/zImage

vmlinux.ld

 //vmlinux.lds.s用于对ld的输出进行排版

 //指定一个特定的输出机器架构，可以使用arm-XXX-objdump -f来查看一个文件的机器架构

OUTPUT_ARCH(arm)

//ENTRY用来设置程序的入口点

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

//这个.代表默认的地址计数器，如果一个段没指定地址，就用当前地址计数

//器的默认地址，这个地址在每次应用于一个段之后，会自加。

  . = 0;

  _text = .;

  .text : {

  //_start是程序入口地址，被放在了0x00000000的位置，从此可以反向推出，此芯片的上电启动地址为0x0000000,这个vmlinux.lds用于

  //生成那个2.6MB的vmlinux，所以这个0x00000000也是最终镜像zImage的启动地址。

    _start = .;

    *(.start)

    *(.text)

    *(.text.*)

    *(.fixup)

    *(.gnu.warning)

    *(.glue_7t)

    *(.glue_7)

  }

  .rodata : {

    *(.rodata)

    *(.rodata.*)

  }

  .piggydata : {

    *(.piggydata)

  }

  . = ALIGN(4);

  _etext = .;

  .got.plt      : { *(.got.plt) }

  _got_start = .;

  .got          : { *(.got) }

  _got_end = .;

  .pad          : { BYTE(0); . = ALIGN(8); }

  _edata = .;

  . = ALIGN(8);

  __bss_start = .;

  .bss          : { *(.bss) }

  _end = .;

  . = ALIGN(8);

  .stack        : { *(.stack) }

  .stab 0       : { *(.stab) }

  .stabstr 0        : { *(.stabstr) }

  .stab.excl 0      : { *(.stab.excl) }

  .stab.exclstr 0   : { *(.stab.exclstr) }

  .stab.index 0     : { *(.stab.index) }

  .stab.indexstr 0  : { *(.stab.indexstr) }

  .comment 0        : { *(.comment) }

}

参考资料

[1].http://lli_njupt.0fees.net/ar01s07.html?ckattempt=1
[2].http://cache.baiducontent.com/c?m=9d78d513d99d17b8589c837e7b01d6160e54f6743da791532c94d55f92144c413171e2cb72624d4391d27d1716df4e4b9bf62173471456b28cbc8d5dabba85592e9c60742e13dc0754910eaeb85b388465d54de9d848a7e1a461cfb9d2a48e090cd705523cd3abd50d5603cd1ba34862bdedd813544817ceb06472f82d3173c83447c218aab9657900f5b18d0111853dd71545ccf366ee2915c142f940597f1af75bb67c027a66f74853a11f615d85ec29a1702e5724c213ecfb9fe1b41fd09ab977c3a797b828e122a698bbae30036d&p=c46cce10ba904ead08e2977c0908cd&newp=8570c54ad5c145c30be296645b5f88231610db2151d4d31013&user=baidu&fm=sc&query=ld++%2D%2Dstart%2Dgroup%B5%C4%D7%F7%D3%C3&qid=89430f6200031c87&p1=7

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