linux内核vmlinux的编译过程之 --- vmlinux.o详解（八）

内核构建系统之所以要在链接 vmlinux 之前，去链接出vmlinux.o。其原因并不是要将 vmlinux.o 链接进 vmlinux，而是要在链接 vmlinux.o 的过程中做完两个动作：

• elf section 是否 mis-match 的检查；
• 生成内核导出符号文件 Module.symvers(Symbol version dump文件)；

（1）其中第一个动作，由于明白它需要很多elf文件格式的知识，而本文重在解释内核构建系统的原理与实现，所以要在这里详细讲解就显得不妥，等以后有机会了再写文章来讨论。有兴趣的同学，可以先行查看 scripts/mod/modpost.c 中的代码。
（2）而第二个动作中提到的 Modules.symvers 文件，其中包含内核及内部模块所导出的各种符号及其相关CRC校验值。构建系统会在编译 vmlinux.o 的过程中将原始内核文件(vmlinux)所导出的符号记录在这个文件中，在后面讨论内部模块的第二步处理的时候，我们会发现它也会将各内部模块所导出的符号记录在这个文件中。

所谓符号，你可以先将其理解成是基本内核或者内部模块导出来的，供其他人(通常是驱动程序)使用的函数或者变量（不完全准确）。等你以后开发驱动程序进行调试的时候，你会发现有这么一个dump文件会有多么方便。构建系统在编译外部模块的时候也要使用这个文件。

为了不脱离本文主题，我在下面讨论vmlinu.o编译的过程中，特意将上面两个动作中和内核构建无关的部分略去，以后我们会专门写另外的文章来讨论。

vmlinux.o

#  顶层目录的Makefile中

modpost-init := $(filter-out init/built-in.o, $(vmlinux-init))
vmlinux.o: $(modpost-init) $(vmlinux-main) FORCE
	$(call if_changed_rule,vmlinux-modpost)

filter-out是一个反过滤函数，主要是过滤掉$(vmlinux-init)中的init/built-in.o，此时：modpost-init :=arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o init/built-in.o，至于为什么依赖要去掉这个文件，暂时还未找到原因，日后找到后再来批注。

vmlinux.o目标的的生成规则是调用 if_changed_rule函数，入参为vmlinux-modpost。（如果不懂if_changed_rule函数的使用，请移步到内核源码中单个.o文件的编译过程（六）中，里面有一小节有讲到这个函数）这里构建系统要调用 rule_vmlinux-modpost 变量所定义的命令，定义如下：

# 在scripts/Kbuild.include中
# printing commands
cmd = @$(echo-cmd) $(cmd_$(1))
...
# Name of target with a '.' as filename prefix. foo/bar.o => foo/.bar.o
dot-target = $(dir $@).$(notdir $@)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------
# 顶层目录的Makefile中
# Do modpost on a prelinked vmlinux. The finally linked vmlinux has
# relevant sections renamed as per the linker script.
quiet_cmd_vmlinux-modpost = LD      $@
      cmd_vmlinux-modpost = $(LD) $(LDFLAGS) -r -o $@                          \
	 $(vmlinux-init) --start-group $(vmlinux-main) --end-group             \
	 $(filter-out $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) FORCE ,$^)
define rule_vmlinux-modpost
	:
	+$(call cmd,vmlinux-modpost)
	$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $@
	$(Q)echo 'cmd_$@ := $(cmd_vmlinux-modpost)' > $(dot-target).cmd
endef

变量 rule_vmlinux-modpost 中定义的命令中，具体流程如下：
（1）首先调用 cmd_vmlinux-modpost 变量所定义的命令来链接生成 vmlinux.o 目标。
（2）然后构建系统就用 scripts/Makefile.modpost来调用 make。注意看第二条make命令中的目标为 $@，也就是说要make vmlinux.o。
（3）最后，它将构建 vmlinux.o 目标的命令保存到 .vmlinux.o.cmd 文件中。

1. $(call cmd,vmlinux-modpost)
调用cmd_vmlinux-modpost。链接生成vmlinux.o。实际执行的命令如下：

arm-linux-ld -EL  -r -o vmlinux.o arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o  init/built-in.o --start-group  usr/built-in.o  arch/arm/nwfpe/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/mach-s3c64xx/built-in.o  arch/arm/plat-samsung/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  net/built-in.o --end-group

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

展开后为：

make -f scripts/Makefile.modpost vmlinux.o

vmlinux.o的构建规则定义如下

# scripts/Makefile.modpost
quiet_cmd_kernel-mod = MODPOST $@
      cmd_kernel-mod = $(modpost) $@

vmlinux.o: FORCE
	$(call cmd,kernel-mod)

调用cmd函数，入参为kernel-mod（cmd函数定义见上面的代码）。实际上执行的是@ $(echo-cmd) $(cmd_ $(1))这么一句命令。它的作用同样就是打印执行的命令，然后执行这个命令—cmd_kernel-mod。实际执行的是 $(modpost) $@；其中 $@ =vmlinux.o， $(modpost)定义如下：

# scripts/Makefile.modpost
kernelsymfile := $(objtree)/Module.symvers
...
ifneq ($(KBUILD_BUILDHOST),$(ARCH))
        cross_build := 1
endif
...
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)

其中 $ (objtree)为空。且可以看出，其中包含有很多条件的判断。由于编译 vmlinux.o 时， CONFIG_MODVERSIONS，CONFIG_MODULE_SRCVERSION_ALL，KBUILD_EXTMOD，KBUILD_EXTRA_SYMBOLS，CONFIG_MARKERS，CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH 等等都没定义，并且我们做的是交叉编译，即 cross_build = 1。所以在 scripts/Makefile.modpost 中，处理 vmlinux.o 的命令就剩下以下三行有用的部分：

modpost = scripts/mod/modpost                    \
 $(if $(KBUILD_EXTMOD),-i,-o) $(kernelsymfile)   \
 $(if $(CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH),,-S)      \
 $(if $(cross_build),-c)

# 最终展开形式：
modpost = scripts/mod/modpost  -o  Module.symvers  -S  -c

因此$ (Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $@实际执行的是以下命令

 scripts/mod/modpost   -o /home/hh/linux-2.6.38/Module.symvers    -S  -c vmlinux.o

即它最终会调用modpost工具（该工具是由scripts/mod/modpost.c编译出来的），作用是利用modpost工具 来解析 vmlinux.o 对象文件，并将基本内核导出的所有符号都记录到文件 Module.symvers 中去。当然，这个命令附带完成的，还有前面所说到的检查 sections 是否 mis match 的工作。你可以先浏览看看 scripts/mod/modpost.c 中的代码。打开文件 Module.symvers，你会发现针对每个内核导出的符号(symbol)，都会有一行，其格式和举例如下：

0x00000000	usb_serial_generic_submit_read_urb	vmlinux	EXPORT_SYMBOL_GPL
0x00000000	unregister_vt_notifier	vmlinux	EXPORT_SYMBOL_GPL
0x00000000	generic_file_splice_write	vmlinux	EXPORT_SYMBOL
0x00000000	set_anon_super	vmlinux	EXPORT_SYMBOL
0x00000000	kmem_cache_alloc	vmlinux	EXPORT_SYMBOL
0x00000000	__cond_resched_softirq	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
...

注意，此时打开该文件后看到的符号CRC值都是0x00000000，那是因为我在配置的时并没有设置 CONFIG_MODVERSIONS。一旦设置过这个配置选项，就意味着打开了内核的 Module versioning功能。Module versioning 功能应用在我们使用模块的场合。如果Module versioning功能被打开的话，它会以每个导出符号的C原型声明作为输入，计算出对应的CRC校验值，保存在文件 Module.symvers 中。如此一来，内核在后面要加载使用模块的时候，会两相比较模块中的CRC值和保存下来的CRC值，如果发现不相等，内核就拒绝加载这个模块。

3. $ (Q)echo ‘cmd_$@ := $(cmd_vmlinux-modpost)’ > $(dot-target).cmd
$(dot-target)定义在scripts/Kbuild.include中，主要是定义一个文件名，.前面是目标的目录，后面是目标去掉目录之后的名字。实际执行时的打印如下：

echo 'cmd_vmlinux.o := arm-linux-ld -EL  -r -o vmlinux.o
arch/arm/kernel/head.o arch/arm/kernel/init_task.o  init/built-in.o --start-group  usr/built-in.o
arch/arm/nwfpe/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/mach-s3c64xx/built-in.o  arch/arm/plat-samsung/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  net/built-in.o
 --end-group ' > ./.vmlinux.o.cmd

补充：
保存*.cmd 有什么用？
将编译 vmlinux.o 的命令写入到.vmlinux.o.cmd 文件中保存起来，以便下次再编译内核时可以进行新旧命令的比较。以便下次再编译内核时可以进行新旧命令的比较。