24小时学通Linux内核之构建Linux内核
今天是腊八节，说好的女票要给我做的腊八粥就这样泡汤了，好伤心，好心酸呀，看来代码写久了真的是惹人烦滴，所以告诫各位技术男敲醒警钟，不要想我看齐，不然就只能和代码为伴了的~~话说没了腊八粥但还是有代码，还有各位读者的支持呀，所以得继续写下去，静下心来，完成Linux内核的学习，坚持，加油~
到目前为止，我们已经认识了Linux内核子系统，也探究了系统的初始化过程，并且深入探索了start_kernel()函数，同样，了解内核映像的创建也是非常重要的，接下来将讨论一下内核映像的编译和链接过程，那么这些当然需要工具链了，工具链包含编译程序、汇编程序、链接程序，是创建Linux内核映像的一组程序集合，下图说明了工具链的链式关系：
ELF二进制目标文件
可执行ELF目标文件包括：ELF头，程序头表(用于加载的节)，第1节，第2节。。。。节头表(可选)
ELF头文件
typedef struct elf32_hdr{
unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; //标识该文件是否为ELF文件
Elf32_Half e_type; //指定目标文件类型，例如可执行文件，重定位文件，共享的目标文件
Elf32_Half e_machine; //被编译文件所在系统的体系结构
Elf32_Word e_version; //目标文件的版本
Elf32_Addr e_entry; /* Entry point */ //程序的起始地址
Elf32_Off e_phoff; //保存程序头表在文件中的偏移量
Elf32_Off e_shoff; //保存节头表在文件中的偏移量
Elf32_Word e_flags; //保存于特定与处理器的标志
Elf32_Half e_ehsize; //字段保存ELF头的大小
Elf32_Half e_phentsize; //保存程序头表中的每一项的大小
Elf32_Half e_phnum; //程序头中表项的个数
Elf32_Half e_shentsize; //节头表中每一项的大小
Elf32_Half e_shnum; //保存节头中项的数量，表明该文件中有多少节
Elf32_Half e_shstrndx; //保存节头中节字符串的索引
} Elf32_Ehdr;
节头表
typedef struct elf32_shdr {
Elf32_Word sh_name; //包含节名
Elf32_Word sh_type; //包含节的内容
Elf32_Word sh_flags; //各种属性的内容
Elf32_Addr sh_addr; //节在内存映像中的地址
Elf32_Off sh_offset; //保存ELF文件中这一节中初始字节的偏移量
Elf32_Word sh_size; //包含节的大小
Elf32_Word sh_link; //表链接的索引
Elf32_Word sh_info; //包含附加信息
Elf32_Word sh_addralign; //包含地址对其的约束
Elf32_Word sh_entsize; //节中每项的大小
} Elf32_Shdr;
非可执行ELF文件节
| 节点 | 说明 |
| .data | 已初始化的数据 |
| bss | 为初始化的数据 |
| .hash | 符号散列表 |
| .init | 初始化代码 |
| .symtab | 符号表 |
| .text | 可执行的指令 |
| .plt | 过程链接表 |
| .rodata | 只读数据 |
| dynamic | 动态链接信息 |
程序头表
typedef struct elf64_phdr {
Elf64_Word p_type; //描述该段的类型
Elf64_Word p_flags; //以p_type而定
Elf64_Off p_offset; //<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">该段的开始相对于文件开始的偏移量</span>
Elf64_Addr p_vaddr; //段虚拟地址
Elf64_Addr p_paddr; //段的虚拟地址
Elf64_Xword p_filesz; //文件映像中该段的字节数
Elf64_Xword p_memsz; //内存映像中该段的字节数
Elf64_Xword p_align; //描述要对齐的段在内存中如何对齐，该值是2的整数次幂
} Elf64_Phdr;
通过这些信息，系统函数exec()和链接程序合作，为可执行程序在内存中创建进程映像，该过程如下：
- 将可执行文件的段加入内存
- 加载所有需要的共享库
- 需要时重定向可执行文件及其共享对象
- 将控制权交给程序
那么内核是如何被编译成二进制文件的呢，又是如何在执行前装入内存。下面将开始介绍编译内核源代码。内存启动始于执行arch/x86/boot/目录中的实模式汇编代码。查看arch/x86/kernel/setup_32.c文件可以看出保护模式的内核怎样获取实模式内核收集的信息。第一条信息来自于init/main.c中的代码，深入挖掘init/calibrate.c可以对BogoMIPS校准理解得更清楚，而include/asm-your-arch/bugs.h则包含体系架构相关的检查。
内核中的时间服务由驻留于arch/your-arch/kernel/中的体系架构相关的部分和实现于kernel/timer.c中的通用部分组成。从include/linux/time*.h头文件中可以获取相关的定义。
jiffies定义于linux/jiffies.h文件中。HZ的值与处理器相关，可以从include/asm-your-arch/ param.h找到，内存管理源代码存放在顶层mm/目录中。
Linux的官方源代码发布网址是www.kernel.org。其源代码目录结构示意图如下：
利用内核配置工具自动生成.config的内核配置文件，这是编译的第一步，.config文件位于源代码目录下，其选项的位置根据它们在内核配置工具中的位置进行排序，我们来看看一个.config文件的节选：
1 #
2 # Automatically generated make config: don't edit
3 #
4 CONFIG_X86=y
5 CONFIG_MMU=y
6 CONFIG_UID16=y
7 CONFIG_GENERIC_ISA_DMA=y //这4行位于顶层菜单中
8
9 #
10 # Code maturity level options
11 #
12 CONFIG_EXPERIMENTAL=y
13 CONFIG_CLEAN_COMPILE=
14 CONFIG_STANDALONE=y
15 CONFIG_BROKEN_ON_SMP=y //这4行位于代码成熟度选项菜单中
16
17 #
18 # General setup
19 #
20 CONFIG_SWAP=y
21 CONFIG_SYSVIPC=y
22 #CONFIG_POSIX_MQUEUE is not set
23 CONFIG_BSD_PROCESS_ACCT=y //这4行位于通用设置选项菜单中
最后来粗略的介绍一下Linux内核的Makefile文件，也只能简单的介绍一下啦，这个可是重难点，这里我稍微说一下，以后会具体去学习。Linux内核是一种单体内核，但是通过动态加载模块的方式，使它的开发非常灵活 方便。那么，它是如何编译内核的呢？我们可以通过分析它的Makefile入手。以下是 一个简单的hello内核模块的Makefile.
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m:=hello.o
else
KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD:=$(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko
endif
首先，由于make 后面没有目标，所以make会在Makefile中的第一个不是以.开头的目标作为默认的目标执行。于是default成为make的目标。make会执行 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules shell是make内部的函数,make执行了两次。
第一次执行时是读hello模块的源代码所在目录/home/s tudy/prog/mod/hello/下的Makefile。
第二次执行时是执行/usr/src/linux/下的Makefile时.
这其中很复杂，我也不知道怎么讲了。关于make modules的更详细的过程可以在scripts/Makefile.modpost文件的注释 中找到。不过我找到了一个大牛写的跟我一下学Makefile的博客，我把博客地址附在下面，供大家参考一下：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/2886/
小结
本章探究了目标文件的编译，链接过程，以及目标文件的结构，以便理解可执行代码的最终形式，构建Linux内核涵盖了内核编译所需要的工具，最后还简单的描述了Makefile，，这些都是难点，，得多加缩习啦，，尽管今天没吃到腊八粥，但是转转锅还是很给力的，吃到现在还不饿，是一个难忘的一天 ~~
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