armlinux內核源碼剖析

❶ 如何構造內核源代碼樹

linux內核的配置系統由三個部分組成，分別是：
Makefile：分布在 Linux 內核源代碼中的 Makefile，定義 Linux 內核的編譯規則；
配置文件（config.in）：給用戶提供配置選擇的功能；
配置工具：包括配置命令解釋器（對配置腳本中使用的配置命令進行解釋）和配置用戶界面（提供基於字元界面、基於 Ncurses 圖形界面以及基於 Xwindows 圖形界面的用戶配置界面，各自對應於 Make config、Make menuconfig 和 make xconfig）。
這些配置工具都是使用腳本語言，如 Tcl/TK、Perl 編寫的（也包含一些用 C 編寫的代碼）。本文並不是對配置系統本身進行分析，而是介紹如何使用配置系統。所以，除非是配置系統的維護者，一般的內核開發者無須了解它們的原理，只需要知道如何編寫 Makefile 和配置文件就可以。所以，在本文中，我們只對 Makefile 和配置文件進行討論。另外，凡是涉及到與具體 CPU 體系結構相關的內容，我們都以 ARM 為例，這樣不僅可以將討論的問題明確化，而且對內容本身不產生影響。
2． Makefile
2.1 Makefile 概述
Makefile 的作用是根據配置的情況，構造出需要編譯的源文件列表，然後分別編譯，並把目標代碼鏈接到一起，最終形成 Linux 內核二進制文件。
由於 Linux 內核源代碼是按照樹形結構組織的，所以 Makefile 也被分布在目錄樹中。Linux 內核中的 Makefile 以及與 Makefile 直接相關的文件有：

Makefile：頂層 Makefile，是整個內核配置、編譯的總體控制文件。
.config：內核配置文件，包含由用戶選擇的配置選項，用來存放內核配置後的結果（如 make config）。
arch/*/Makefile：位於各種 CPU 體系目錄下的 Makefile，如 arch/arm/Makefile，是針對特定平台的 Makefile。
各個子目錄下的 Makefile：比如 drivers/Makefile，負責所在子目錄下源代碼的管理。
Rules.make：規則文件，被所有的 Makefile 使用。
用戶通過 make config 配置後，產生了 .config。頂層 Makefile 讀入 .config 中的配置選擇。頂層 Makefile 有兩個主要的任務：產生 vmlinux 文件和內核模塊（mole）。為了達到此目的，頂層 Makefile 遞歸的進入到內核的各個子目錄中，分別調用位於這些子目錄中的 Makefile。至於到底進入哪些子目錄，取決於內核的配置。在頂層 Makefile 中，有一句：include arch/$(ARCH)/Makefile，包含了特定 CPU 體系結構下的 Makefile，這個 Makefile 中包含了平台相關的信息。
位於各個子目錄下的 Makefile 同樣也根據 .config 給出的配置信息，構造出當前配置下需要的源文件列表，並在文件的最後有 include $(TOPDIR)/Rules.make。
Rules.make 文件起著非常重要的作用，它定義了所有 Makefile 共用的編譯規則。比如，如果需要將本目錄下所有的 c 程序編譯成匯編代碼，需要在 Makefile 中有以下的編譯規則：
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -S $< -o $@

有很多子目錄下都有同樣的要求，就需要在各自的 Makefile 中包含此編譯規則，這會比較麻煩。而 Linux 內核中則把此類的編譯規則統一放置到 Rules.make 中，並在各自的 Makefile 中包含進了 Rules.make（include Rules.make），這樣就避免了在多個 Makefile 中重復同樣的規則。對於上面的例子，在 Rules.make 中對應的規則為：
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$(*F)) $(CFLAGS_$@) -S $< -o $@

2.2 Makefile 中的變數
頂層 Makefile 定義並向環境中輸出了許多變數，為各個子目錄下的 Makefile 傳遞一些信息。有些變數，比如 SUBDIRS，不僅在頂層 Makefile 中定義並且賦初值，而且在 arch/*/Makefile 還作了擴充。
常用的變數有以下幾類：
1） 版本信息
版本信息有：VERSION，PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。版本信息定義了當前內核的版本，比如 VERSION=2，PATCHLEVEL=4，SUBLEVEL=18，EXATAVERSION=-rmk7，它們共同構成內核的發行版本KERNELRELEASE：2.4.18-rmk7
2） CPU 體系結構：ARCH
在頂層 Makefile 的開頭，用 ARCH 定義目標 CPU 的體系結構，比如 ARCH:=arm 等。許多子目錄的 Makefile 中，要根據 ARCH 的定義選擇編譯源文件的列表。
3） 路徑信息：TOPDIR, SUBDIRS
TOPDIR 定義了 Linux 內核源代碼所在的根目錄。例如，各個子目錄下的 Makefile 通過 $(TOPDIR)/Rules.make 就可以找到 Rules.make 的位置。
SUBDIRS 定義了一個目錄列表，在編譯內核或模塊時，頂層 Makefile 就是根據 SUBDIRS 來決定進入哪些子目錄。SUBDIRS 的值取決於內核的配置，在頂層 Makefile 中 SUBDIRS 賦值為 kernel drivers mm fs net ipc lib；根據內核的配置情況，在 arch/*/Makefile 中擴充了 SUBDIRS 的值，參見4）中的例子。
4） 內核組成信息：HEAD, CORE_FILES, NETWORKS, DRIVERS, LIBS
Linux 內核文件 vmlinux 是由以下規則產生的：
vmlinux: $(CONFIGURATION) init/main.o init/version.o linuxsubdirs
$(LD) $(LINKFLAGS) $(HEAD) init/main.o init/version.o
--start-group
$(CORE_FILES)
$(DRIVERS)
$(NETWORKS)
$(LIBS)
--end-group
-o vmlinux
可以看出，vmlinux 是由 HEAD、main.o、version.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS 和 LIBS 組成的。這些變數（如 HEAD）都是用來定義連接生成 vmlinux 的目標文件和庫文件列表。其中，HEAD在arch/*/Makefile 中定義，用來確定被最先鏈接進 vmlinux 的文件列表。比如，對於 ARM 系列的 CPU，HEAD 定義為：
HEAD := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o
arch/arm/kernel/init_task.o
表明 head-$(PROCESSOR).o 和 init_task.o 需要最先被鏈接到 vmlinux 中。PROCESSOR 為 armv 或 armo，取決於目標 CPU。 CORE_FILES，NETWORK，DRIVERS 和 LIBS 在頂層 Makefile 中定義，並且由 arch/*/Makefile 根據需要進行擴充。 CORE_FILES 對應著內核的核心文件，有 kernel/kernel.o，mm/mm.o，fs/fs.o，ipc/ipc.o，可以看出，這些是組成內核最為重要的文件。同時，arch/arm/Makefile 對 CORE_FILES 進行了擴充：
# arch/arm/Makefile
# If we have a machine-specific directory, then include it in the build.
MACHDIR := arch/arm/mach-$(MACHINE)
ifeq ($(MACHDIR),$(wildcard $(MACHDIR)))
SUBDIRS += $(MACHDIR)
CORE_FILES := $(MACHDIR)/$(MACHINE).o $(CORE_FILES)
endif
HEAD := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o
arch/arm/kernel/init_task.o
SUBDIRS += arch/arm/kernel arch/arm/mm arch/arm/lib arch/arm/nwfpe
CORE_FILES := arch/arm/kernel/kernel.o arch/arm/mm/mm.o $(CORE_FILES)
LIBS := arch/arm/lib/lib.a $(LIBS)

5） 編譯信息：CPP, CC, AS, LD, AR，CFLAGS，LINKFLAGS
在 Rules.make 中定義的是編譯的通用規則，具體到特定的場合，需要明確給出編譯環境，編譯環境就是在以上的變數中定義的。針對交叉編譯的要求，定義了 CROSS_COMPILE。比如：
CROSS_COMPILE = arm-linux-
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
......
CROSS_COMPILE 定義了交叉編譯器前綴 arm-linux-，表明所有的交叉編譯工具都是以 arm-linux- 開頭的，所以在各個交叉編譯器工具之前，都加入了 $(CROSS_COMPILE)，以組成一個完整的交叉編譯工具文件名，比如 arm-linux-gcc。
CFLAGS 定義了傳遞給 C 編譯器的參數。
LINKFLAGS 是鏈接生成 vmlinux 時，由鏈接器使用的參數。LINKFLAGS 在 arm/*/Makefile 中定義，比如：
# arch/arm/Makefile
LINKFLAGS :=-p -X -T arch/arm/vmlinux.lds

6） 配置變數CONFIG_*
.config 文件中有許多的配置變數等式，用來說明用戶配置的結果。例如 CONFIG_MODULES=y 表明用戶選擇了 Linux 內核的模塊功能。
.config 被頂層 Makefile 包含後，就形成許多的配置變數，每個配置變數具有確定的值：y 表示本編譯選項對應的內核代碼被靜態編譯進 Linux 內核；m 表示本編譯選項對應的內核代碼被編譯成模塊；n 表示不選擇此編譯選項；如果根本就沒有選擇，那麼配置變數的值為空。
2.3 Rules.make 變數
前面講過，Rules.make 是編譯規則文件，所有的 Makefile 中都會包括 Rules.make。Rules.make 文件定義了許多變數，最為重要是那些編譯、鏈接列表變數。
O_OBJS，L_OBJS，OX_OBJS，LX_OBJS：本目錄下需要編譯進 Linux 內核 vmlinux 的目標文件列表，其中 OX_OBJS 和 LX_OBJS 中的 "X" 表明目標文件使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號。
M_OBJS，MX_OBJS：本目錄下需要被編譯成可裝載模塊的目標文件列表。同樣，MX_OBJS 中的 "X" 表明目標文件使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號。
O_TARGET，L_TARGET：每個子目錄下都有一個 O_TARGET 或 L_TARGET，Rules.make 首先從源代碼編譯生成 O_OBJS 和 OX_OBJS 中所有的目標文件，然後使用 $(LD) -r 把它們鏈接成一個 O_TARGET 或 L_TARGET。O_TARGET 以 .o 結尾，而 L_TARGET 以 .a 結尾。

❷ 學習linux編程，入門階段看什麼書

《鳥哥的Linux私房菜 基礎學習篇(第三版)》，鳥哥著

一本大而全的LINUX入門指點,主要講解Linux一些命令，Linux的實際操作及Linux基礎理論。很適合Linux初學者學習。
《嵌入式 Linux 應用開發完全手冊》，韋東山著

這本書綜合了常見的嵌入式開發經驗技巧，以及常見的嵌入式系統應用，系統移植，調試及異常處理等，內容非常豐富，是中文 Linux 領域難得的一本好書。嵌入式處理器種類繁多，韋老師著重講了目前國內最常用的ARM系統，實用性很強，是國內嵌入式程序員不容錯過的一本工具書。
《UNIX環境高級編程》（第2版），史蒂文斯著

《UNIX環境高級編程》是 Unix/ Linux 程序員案頭必備的一本書籍。可以說，Linux 程序員如果沒有讀過這本書，就好像基督教徒沒有讀過聖經一樣，是很難讓人理解的。這本書概括了 Linux 編程所需的一切理論框架、主要系統函數、多進程編程、乃至 Linux 網路通信。
《Linux設備驅動開發詳解：基於最新的Linux 4.0內核》，宋寶華著

隨著通信、電子行業的迅速發展，全世界每天都會生產大量晶元，設計大量新電路板，也因此，會有大量設備驅動需要開發。本書主要對驅動編程所涉及Linux內核最底層機理的講解。也是即Linux設備驅動開發詳解第二版暢銷後，作者又進行第三版的編著。
《Linux 設備驅動程序》，科波特著

《LINUX設備驅動程序》就是網上說的「LDD」，經典之作，必備書籍。國產經典《Linux驅動詳細解》也是一本非常不錯的書，很實用，書中源代碼分析比較多，基於2440的，對linux外圍驅動有很全面的講解。
《深入理解 Linux 內核》（第三版） ，博韋等著

學習 Linux ，就要學習 Linux 的精華。而 Linux 的精華，則在於 Linux 的內核。本書以 Linux 2.6 版架構為基礎，分門別類地向初學者介紹了 Linux 內核的架構、編程思想、以及功能模塊。在本書的指導下學習，對於你讀懂 Linux 操作系統的精華部分，會取得事半功倍的效果。