Make程式和重编核心
蓝森林 http://www.lslnet.com 2000年9月1日 07:55
作 者： 陈信宏
Make通常用来维护程式，使可执行档的内容保持和原始程式的一致性，因其依循唯有变动才需重新编译连结的方式，由各档之间的「依存关系」自动去编译连结，如此可省下了宝贵的时间和系统资源。在Linux中最普遍的例子应是核心(kernel)的重 编，当读者把gcc等程式和核心原始程式安装完後(Slackware中为D套件，SLS中为C和 S套件)，便可依实际情况去更新或置换核心的内容。核心是由许多不同的部份所组成 ，如行程的管理、档案系统的支援、周边配备的驱动程式、网路通讯的协定等，当组 成的部分有所更新或是不需要时，就需要重编核心，以便产生符合真实环境的核心程 式，使得PC能得到最佳的利用。如没有SCSI卡的PC便不需要SCSI的驱动程式，而且可 依光碟和音效卡的种类更换不同的驱动程式。如此繁琐的过程，在make的帮助下，可 以作得又快又好，只需透过一连串的选择，其馀就完全交给make去负责，真是省事又 方便。和核心编译有关的细节我们稍後再共同研讨。make的最初目的是帮助程式设计 师作为编译连结时的管理，因此我们先来看看make的用法。
使用时机和环境
当程式写作或是更新後，编连的步骤便是使用make的最好时机。在Linux中，启 动make只消打make便可，make会先去找同目录下的Makefile或是makefile，若找不到 便出现make的参数使用方法。makefile是一个文书档，可用vi或是jed编辑，它可说 是make的script，make就完全依此档的内容来动作。在这个档中，记录了档案的产生 方法、相关性质和一些变数等。在这个档中，凡是以#为开头者，整行都视为注解， 和shell的scriptfile是相同的。makefile中约略可分成变数区和指令区两部分， 纵贯档案的有依存、字尾等规则，共同构成makefile的语法。
Makefile中的变数
在makefile中可将一字串设定给一变数，需要时可如shell的scriptfile展开 ，因此也可称为巨集(marco)，变数设定的方式为:
变数名称=设定值
除了某些特殊符号外(如#、:、;、=、空白、定位字元、新列字元)，其馀都可作 为设定值的内容。一般来说，最好使用英数字，以避免发生不可预料的错误，以下是 一些合法的设定
SOURCE = test1.c test2.c test3.c
OBJ = main.o
当要取用(展开)变数时，只需用()将变数括起来，前头加上$符号即可，如$(OBJ) 这个变数，当make执行至此时，将视为main.o。
依存关系
make的主要工作方式，是依「依存关系」（dependency）来工作的，而所谓的依存关系，就是指两或多个档案间彼此的关系，譬如我们写了一个test.c程式，当我们 编译如下时：
$ gcc -O -o test test.c
便会产生test.o这个目的档，因此test.o便是依於test.c，当test.c改变时， test.o也需重新编译，才能保持程式的最新版本；若test.o是由test1.c和test2.c 所组成的，那test.o同时依存於test1.c及test2.c，依存关系便是相关档案的先後关系，和档案的「生成」方式，如C语言的原始档.c需cc或gcc作编译後才能生成目标档 .o，而且make功能强大，在依存规则中并不限定只能作和编译有关的动作。
接下来就是将依存规则写入makefile中了，依存规则的格式如下：
目标档；依存档；命令
「目标档」就是「依存档」照「命令」的方式造出的档案，如上例便可写成:
test：test.c；gcc -O -o test test.c
或是可将「命令」写在下一行，但是需有<TAB>定位字元作为前导，因此可写成:
test：test.c
gcc -O -o test test.c
通常以此方式撰写，认为是较好的方式；若「目标档」或「依存档」中有两个以 上的档案，各档案名称间以空白隔开便可，如下：
test：test1.c test2.c
gcc -O -o test test1.c test.c
如此定下规则，那天若是test1.c或test2.c有修改时(日期会比test.o还新) ， make便会重新编译，若是test.o为最晚者，那就没有执行命令的必要了。
接下来我们先看范例一：
范例一：
01 #
02 # Makefile for cshow
03 # By Ivor Chen
04 # 08/31/1994
05 #
06
07 CC = gcc
08 OPTIMIZE = -fomit-frame-pointer -O2 -s
09 CFLAGS = $(DEFINES) $(OPTIMIZE)
10 LFLAGS = -N
11
12 PROGS = cshow
13 PROGS_O = cshow.o
14 LIBS = -lvgagl -lvga
15
16 all: progs
17
18 progs: $(PROGS)
19
20 objs: $(PROGS_O)
21
22 .c.o:
23 $(CC) $(CFLAGS) -c -o $*.o $<
24
25 .c.s:
26 $(CC) $(CFLAGS) S o $*.s $<
27
28 .o:
29 $(CC) $(CFLAGS) $(LFLAGS) o $* $*.o $(LIBS)
30 chmod a+rs,go-w $*
31
32 clean : cleanbin
33 rm f *.o *~
34
35 cleanbin :
36 rm f $(PROGS)
37
38 dep :
39 rm f .depend
40 make .depend
41
42 .depend:
43 echo '# Program dependencies'>.depend
44 gcc -MM $(patsubst %.o,%.c,$(PROGS_O)) >>.depend
45
46 include .depend
范例一是笔者的cshow程式的makefile，其中01至05行以#开头作为注解用；07至 14行是设定变数，其中07-10所设定的是有关编译器及其命令，11至14行则设定被编 译的档案名称及额外需被连结的程式库名称；第16行便是一个依存规则，若是我们在 命令列下只打make，那make便会去寻找makefile中的第一个规则来工作，在此这便是 第一个规则，但这个规则比较特殊：一、本规则并无「命令」，二、本规则中的all 并不是档名，而且其後的progs是下一条规则(第18行)的「目标档」，这样一来，当 我们一去makeall时，由於all是由progs所构成，因此会跳到第18行去，而第18行 的$(PROGS)是cshow，为做本make最终产生的档案，为一可执行档，第20行的cshow.o 便是最终的目的档，那cshow和cshow.o又是如何产生的？这和第22、25、28行有关， 这几行是利用下一节的「字尾规则」，稍後再论。
范例一中第32和35行是makefile中另外常见的规则，其目的不是「产生」目的档 ，而是去「删除」某些档案，35行的动作包含在32之中，35行的目的是删除可执行档 (rm-f$(PROGS))；而32行会先执行35行的动作，再去删除*.o和*~的档；若是我 们更新了一大群source的部份时，最好要makeclean，否则仍会发生.o和其source 间版本不同的错误。
字尾规则
通常我们会以特定的字尾来表示不同档案的种类，如.c 便是代表c语言的原始档 ， 而.o 通常代表此档经特定的编译程式所产生的目的档，由於在同一系统中同一语 言原始档的编译程式皆相同，我们便可为这些原始档定出一定的编译方式，这便是字 尾规则（Suffixrule）的用意所在，字尾规则通常是在於定义Makefile的内建依存 规则；字尾规则的语法如下：
.字尾一.字尾二:
命令
'
其中的意义是字尾一的档案经「命令」的作用後产生字尾二的档案，如范例一中 的第22和23行：
22 .c.o:
23 $(CC) $(CFLAGS) -c -o $*.o $<
这便是一个字尾规则，22阐述.c和.o的关系，23行便是描述.o如何由.c产生，其 中$*和$<请参考表二的说明，例如有个test.c，在23行展开时便成为:
gcc -fomit-frame-pointer -O2 -s -c -o test.o test.c
而且因为$<的关系，若是test.o的时间比test.c还晚，则不进行编译的动作，这 项特性能节省编译的时间，避免不必要的动作，因为有这项特性，我们更须注意一件 事：当读者ftp下一个更新的版本至旧有的程式项中时，若是须要重新编译，在make 之前最好先makeclean，免得同一档名的.o虽比.c新，但真正的内容版本却比.c旧。
「空字尾」规则是字尾规则的特殊形态，所产生的档案便是依存档去掉字尾的情 况，一般情况中用於产生最後的可执行档，如范例一中的第28、29及30行，第29行的 实际作用，便是将.o档连结成最後的档案，第30行再将其权限改变成可执行的形式。
第42行也是「空字尾」规则，主要目的在於产生.depend档，在.depend档中记载 各依存档彼此的关系，make在执行时会参考到此档。
多档案程式
make有一个很方便的特性是对於多档案的程式，能作完善的管理。所谓的多档案 程式，就是程式本身由多个.c所组成，只要在makefile中定好档案间的关系，接下来 就无需挂虑到底那一档需要编译了。对於多档案程式，一般的方式是保留个别对应到 .c的.o档，连结时再把各个.o连在一起，这个方式的好处在於当修改了其中之一的.c 後，make便只需重新编译修改过的即可，真是省时又方便，接下来我们就利用图一的 这个程式来说明。
图一：
main
|
--------------+-------------
| | |
| | |
main.o input.o output.o
| | |
| | |
main.c input.c output.c
图一是main这个程式的结构，主要由main.o、input.o和output.o组成，main.o、 input.o和output.o各自依存於如图的叁个.c档，这般的档案结构是很常见的方式，对 於如此的多档案程式，我们只需修改范例一中的第13行：
PROGS_O = main.o input.o output.o
如此一来，make便能自动的决定何时需要、何时不需重新作编译的动作。
核心重组
Linux本身便附有核心程式的原始码，这使得使用者可以很方便的"制造"出一个 核心程式出来，尤其是自行更改或是向外取得某部份原始程式後、或是想要更改对一 些设备的支援时，便是重编核心的时机，"重编核心"好像是一件多麽不同的事，其实 真正的动作也只是再去编译、连结出一个程式，而且所编连出的核心，不管是由lilo 或是loadlin.exe所启动，在编译的过程中原来的核心程式并未先删除，唯有各部份 的程式都编好後才去组成核心程式，所以重编核心这件事是Linux爱好者所不可放弃 的一件事，因为每台PC的设备并不相同，核心依实际的情况去芜存菁後，才能发挥最 大的功用。
当安装了必要的套件後，Linux的核心原始程式放在/usr/src/linux之中，这儿 linux是一个连结档，连结到不同的版本子目录，要重编核心，需以root签入或是以 su命令转成root身份，当成为root後，只需键入cd~/linux便可进入上述的原始程 式子目录内；自十几年前的CP/M作业系统开始，至今天的DOS、OS/2、NextStep至於 未来的Windows或是NT，我们一般的使用者很难一窥作业系统的真正面目，更遑论去 自行修改了，但在此我们见到的是一套有着多人、多工、网路支援等完整的作业系统 ，同时又紧紧的配合PC的硬体，以PC的观点来发展，这样的作业系统，怎不令人窝心 呢？而且程式码完全公开，是研究作业系统不可多得的典范，就是此原因，Linux还 在不断发展中，更重要的一点是使用者再也不是一个旁观者，若是发现那儿有bug， 更可提笔上阵，自行创作一番。
在原始程式子目录下，有许多不同的子目录，如BOOT、FS、INIT等，每个子目录 有着不同功能的source，如FS便是管理FileSystem的部份，对作业系统有兴趣的读 者我们以後再来专论；由於这儿的的Makefile太过冗长，因此笔者不引述，若是看不 太懂Makefile的一些ShellScript指令，可以参考陈仁和所着「Linux管理与操作手 册--Shell的使用」。
接下来我们便要实际的穿越编译核心，第一步便是以root的身份进入source子目 录，接下来通常是makeclean，作用是删除旧的.o各核心程式及相关档案，若是之 前并没更改source，此步骤当然可省略；接下来是更改设定，这也是要重编核心的原 因之一，键入makeconfig後，便会询问一连串的问题，这些问题便是config.in的 内容.
整体设定过程可以看得出有些杂乱无章，这是因为Linux所支援的是因应硬体发 展的结果，所以看得出是叠床架屋的样子，config的结果是设定一些变数以供make时 使用，在Makefile中可以见到若某些变数存在时便包含入对应的子目录，在编译时就 会一同处理。
设定完成後，接下来是建立.depend档，此档记录真正要组成核心的档案间之依 存关系，而makedep或makedepend都可达到相同的目的。
再过去Linux是由lilo所输入解压缩和启动的，所以直接键入makezlilo便可， 此时便开始约十到二十分钟的编译，若是想继续工作，可切换到别的console去，或 者是键入：
make zlilo & 1>/dev/null 2>/dev/null
将工作送至背景，将讯息抑制。
除了lilo，我们也可由A磁碟机来启动，这时便需以makezdisk来将核心送到开 机片上；在光碟月刊八月号上介绍了另一个由DOS来启动的程式loadlin.exe，而且也 出现了umsdos的安装方式，这对使用者来说是莫大的方便，因为在过去想安装Linux 的人来说，要重割硬碟是件很不便的事，而且事先旧有的资料要如何处理也是很伤脑 筋，这使得想认识Linux的人裹足不前，现在不利因素皆已去除，方便大门已开，读 者可利用八月号的光碟直接安装(不过请先取得Q和U套件)，就把Linux直接装入DOS的 linux子目录，再用开机片开机，对於原来的程式或资料不会造成损坏，就能使Linux 动起来，若是再利用多重开机和loadlin.exe，在一开机就能选择作业系统，是再也 方便不过的事了，如果是利用这种方式开机者，重编核心要利用makezImage来作， 并在组译完成後，将zImage拷到loadlin.exe能读到的地方，如/dev/hda0/loadlin（ Linux和DOS不在同一分割中）或/DOS/loadlin（使用umsdos），记得要cp过去，不然 重组徒然浪费时间而已。
Linux是一个极新的领域，其免费、强大的特性，加上源源不断的支援，与其它 作业系统比较起来丝毫不逊色。多人、多工早就是她的基本功能，图型介面漂亮又好 用，但Linux并不是完美无瑕，当某天抱怨完不便和缺点後，便是写个程式「修理」一番的最好时机。（Ivor Chen）
