你知道 Linux 内核是如何构建的吗？

介绍

我不会告诉你怎么在自己的电脑上去构建、安装一个定制化的 Linux 内核，这样的 资料 太多了，它们会对你有帮助。本文会告诉你当你在内核源码路径里敲下 make 时会发生什么。

当我刚刚开始学习内核代码时， Makefile 是我打开的第一个文件，这个文件看起来真令人害怕 :)。那时候这个 Makefile 还只包含了 1591 行代码，当我开始写本文时，内核已经是 4.2.0的第三个候选版本 了。

这个 makefile 是 Linux 内核代码的根 makefile ，内核构建就始于此处。是的，它的内容很多，但是如果你已经读过内核源代码，你就会发现每个包含代码的目录都有一个自己的 makefile。当然了，我们不会去描述每个代码文件是怎么编译链接的，所以我们将只会挑选一些通用的例子来说明问题。而你不会在这里找到构建内核的文档、如何整洁内核代码、 tags 的生成和 交叉编译 相关的说明，等等。我们将从 make 开始，使用标准的内核配置文件，到生成了内核镜像 bzImage 结束。

如果你已经很了解 make 工具那是最好，但是我也会描述本文出现的相关代码。

让我们开始吧！

（题图来自：adafruit.com）

编译内核前的准备

在开始编译前要进行很多准备工作。最主要的就是找到并配置好配置文件， make 命令要使用到的参数都需要从这些配置文件获取。现在就让我们深入内核的根 makefile 吧

内核的根 Makefile 负责构建两个主要的文件： vmlinux （内核镜像可执行文件）和模块文件。内核的 Makefile 从定义如下变量开始：

VERSION = 4 PATCHLEVEL = 2 SUBLEVEL = 0 EXTRAVERSION = -rc3 NAME = Hurr durr I'ma sheep 

这些变量决定了当前内核的版本，并且被使用在很多不同的地方，比如同一个 Makefile 中的 KERNELVERSION ：

KERNELVERSION = $(VERSION)$(if $(PATCHLEVEL),.$(PATCHLEVEL)$(if $(SUBLEVEL),.$(SUBLEVEL)))$(EXTRAVERSION) 

接下来我们会看到很多 ifeq 条件判断语句，它们负责检查传递给 make 的参数。内核的 Makefile 提供了一个特殊的编译选项 make help ，这个选项可以生成所有的可用目标和一些能传给 make 的有效的命令行参数。举个例子， make V=1 会在构建过程中输出详细的编译信息，第一个 ifeq 就是检查传递给 make 的 V=n 选项。

ifeq ("$(origin V)", "command line")   KBUILD_VERBOSE = $(V) endif ifndef KBUILD_VERBOSE   KBUILD_VERBOSE = 0 endif  ifeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)   quiet =   Q = else   quiet=quiet_   Q = @ endif  export quiet Q KBUILD_VERBOSE 

如果 V=n 这个选项传给了 make ，系统就会给变量 KBUILD_VERBOSE 选项附上 V 的值，否则的话 KBUILD_VERBOSE 就会为 0 。然后系统会检查 KBUILD_VERBOSE 的值，以此来决定 quiet 和 Q 的值。符号 @ 控制命令的输出，如果它被放在一个命令之前，这条命令的输出将会是 CC scripts/mod/empty.o ，而不是 Compiling .... scripts/mod/empty.o （LCTT 译注：CC 在 makefile 中一般都是编译命令）。在这段最后，系统导出了所有的变量。

下一个 ifeq 语句检查的是传递给 make 的选项 O=/dir ，这个选项允许在指定的目录 dir 输出所有的结果文件：

ifeq ($(KBUILD_SRC),) ifeq ("$(origin O)", "command line")   KBUILD_OUTPUT := $(O) endif ifneq ($(KBUILD_OUTPUT),) saved-output := $(KBUILD_OUTPUT) KBUILD_OUTPUT := $(shell mkdir -p $(KBUILD_OUTPUT) && cd $(KBUILD_OUTPUT) /         && /bin/pwd) $(if $(KBUILD_OUTPUT),, /   $(error failed to create output directory "$(saved-output)")) sub-make: FORCE  $(Q)$(MAKE) -C $(KBUILD_OUTPUT) KBUILD_SRC=$(CURDIR) /  -f $(CURDIR)/Makefile $(filter-out _all sub-make,$(MAKECMDGOALS)) skip-makefile := 1 endif # ifneq ($(KBUILD_OUTPUT),) endif # ifeq ($(KBUILD_SRC),)  

系统会检查变量 KBUILD_SRC ，它代表内核代码的顶层目录，如果它是空的（第一次执行 makefile 时总是空的），我们会设置变量 KBUILD_OUTPUT 为传递给选项 O 的值（如果这个选项被传进来了）。下一步会检查变量 KBUILD_OUTPUT ，如果已经设置好，那么接下来会做以下几件事：

• 将变量 KBUILD_OUTPUT 的值保存到临时变量 saved-output ；
• 尝试创建给定的输出目录；
• 检查创建的输出目录，如果失败了就打印错误；
• 如果成功创建了输出目录，那么就在新目录重新执行 make 命令（参见选项 -C ）。

下一个 ifeq 语句会检查传递给 make 的选项 C 和 M ：

ifeq ("$(origin C)", "command line")   KBUILD_CHECKSRC = $(C) endif ifndef KBUILD_CHECKSRC   KBUILD_CHECKSRC = 0 endif  ifeq ("$(origin M)", "command line")   KBUILD_EXTMOD := $(M) endif 

第一个选项 C 会告诉 makefile 需要使用环境变量 $CHECK 提供的工具来检查全部 c 代码，默认情况下会使用 sparse 。第二个选项 M 会用来编译外部模块（本文不做讨论）。

系统还会检查变量 KBUILD_SRC ，如果 KBUILD_SRC 没有被设置，系统会设置变量 srctree 为 . ：

ifeq ($(KBUILD_SRC),)  srctree := . endif objtree := . src     := $(srctree) obj     := $(objtree) export srctree objtree VPATH  

这将会告诉 Makefile 内核的源码树就在执行 make 命令的目录，然后要设置 objtree 和其他变量为这个目录，并且将这些变量导出。接着就是要获取 SUBARCH 的值，这个变量代表了当前的系统架构（LCTT 译注：一般都指CPU 架构）：

SUBARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/x86/ -e s/x86_64/x86/ /  -e s/sun4u/sparc64/ /  -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/ /  -e s/s390x/s390/ -e s/parisc64/parisc/ /  -e s/ppc.*/powerpc/ -e s/mips.*/mips/ /  -e s/sh[234].*/sh/ -e s/aarch64.*/arm64/ )  

如你所见，系统执行 uname 得到机器、操作系统和架构的信息。因为我们得到的是 uname 的输出，所以我们需要做一些处理再赋给变量 SUBARCH 。获得 SUBARCH 之后就要设置 SRCARCH 和 hfr-arch ， SRCARCH 提供了硬件架构相关代码的目录， hfr-arch 提供了相关头文件的目录：

ifeq ($(ARCH),i386)  SRCARCH := x86 endif ifeq ($(ARCH),x86_64)  SRCARCH := x86 endif hdr-arch  := $(SRCARCH)  

注意： ARCH 是 SUBARCH 的别名。如果没有设置过代表内核配置文件路径的变量 KCONFIG_CONFIG ，下一步系统会设置它，默认情况下就是 .config ：

KCONFIG_CONFIG  ?= .config export KCONFIG_CONFIG 

以及编译内核过程中要用到的 shell

CONFIG_SHELL := $(shell if [ -x "$$BASH" ]; then echo $$BASH; /       else if [ -x /bin/bash ]; then echo /bin/bash; /       else echo sh; fi ; fi) 

接下来就要设置一组和编译内核的编译器相关的变量。我们会设置主机的 C 和 C++ 的编译器及相关配置项：

HOSTCC       = gcc HOSTCXX      = g++ HOSTCFLAGS   = -Wall -Wmissing-prototypes -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -std=gnu89 HOSTCXXFLAGS = -O2 

接下来会去适配代表编译器的变量 CC ，那为什么还要 HOST* 这些变量呢？这是因为 CC 是编译内核过程中要使用的目标架构的编译器，但是 HOSTCC 是要被用来编译一组 host 程序的（下面我们就会看到）。

然后我们就看到变量 KBUILD_MODULES 和 KBUILD_BUILTIN 的定义，这两个变量决定了我们要编译什么东西（内核、模块或者两者）：

KBUILD_MODULES := KBUILD_BUILTIN := 1  ifeq ($(MAKECMDGOALS),modules)   KBUILD_BUILTIN := $(if $(CONFIG_MODVERSIONS),1) endif 

在这我们可以看到这些变量的定义，并且，如果们仅仅传递了 modules 给 make ，变量 KBUILD_BUILTIN 会依赖于内核配置选项 CONFIG_MODVERSIONS 。

下一步操作是引入下面的文件：

include scripts/Kbuild.include 

文件 Kbuild 或者又叫做 Kernel Build System 是一个用来管理构建内核及其模块的特殊框架。 kbuild 文件的语法与 makefile 一样。文件 scripts/Kbuild.include 为 kbuild 系统提供了一些常规的定义。因为我们包含了这个 kbuild 文件，我们可以看到和不同工具关联的这些变量的定义，这些工具会在内核和模块编译过程中被使用（比如链接器、编译器、来自 binutils 的二进制工具包 ，等等）：

AS      = $(CROSS_COMPILE)as LD      = $(CROSS_COMPILE)ld CC      = $(CROSS_COMPILE)gcc CPP     = $(CC) -E AR      = $(CROSS_COMPILE)ar NM      = $(CROSS_COMPILE)nm STRIP       = $(CROSS_COMPILE)strip OBJCOPY     = $(CROSS_COMPILE)objcopy OBJDUMP     = $(CROSS_COMPILE)objdump AWK     = awk ... ... ... 

在这些定义好的变量后面，我们又定义了两个变量： USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE 。他们包含了头文件的路径（第一个是给用户用的，第二个是给内核用的）：

USERINCLUDE    := /  -I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include/uapi /  -Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi /  -I$(srctree)/include/uapi /  -Iinclude/generated/uapi /  -include $(srctree)/include/linux/kconfig.h LINUXINCLUDE    := /  -I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include /  ...  

以及给 C 编译器的标准标志：

KBUILD_CFLAGS   := -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs /            -fno-strict-aliasing -fno-common /            -Werror-implicit-function-declaration /            -Wno-format-security /            -std=gnu89 

这并不是最终确定的编译器标志，它们还可以在其他 makefile 里面更新（比如 arch/ 里面的 kbuild）。变量定义完之后，全部会被导出供其他 makefile 使用。

下面的两个变量 RCS_FIND_IGNORE 和 RCS_TAR_IGNORE 包含了被版本控制系统忽略的文件：

export RCS_FIND_IGNORE := /( -name SCCS -o -name BitKeeper -o -name .svn -o    /               -name CVS -o -name .pc -o -name .hg -o -name .git /) /               -prune -o export RCS_TAR_IGNORE := --exclude SCCS --exclude BitKeeper --exclude .svn /              --exclude CVS --exclude .pc --exclude .hg --exclude .git 

这就是全部了，我们已经完成了所有的准备工作，下一个点就是如果构建 vmlinux 。

直面内核构建

现在我们已经完成了所有的准备工作，根 makefile（注：内核根目录下的 makefile）的下一步工作就是和编译内核相关的了。在这之前，我们不会在终端看到 make 命令输出的任何东西。但是现在编译的第一步开始了，这里我们需要从内核根 makefile 的 598 行开始，这里可以看到目标 vmlinux ：

all: vmlinux     include arch/$(SRCARCH)/Makefile 

不要操心我们略过的从 export RCS_FIND_IGNORE..... 到 all: vmlinux..... 这一部分 makefile 代码，他们只是负责根据各种配置文件（ make *.config ）生成不同目标内核的，因为之前我就说了这一部分我们只讨论构建内核的通用途径。

目标 all: 是在命令行如果不指定具体目标时默认使用的目标。你可以看到这里包含了架构相关的 makefile（在这里就指的是 arch/x86/Makefile ）。从这一时刻起，我们会从这个 makefile 继续进行下去。如我们所见，目标 all 依赖于根 makefile 后面声明的 vmlinux ：

vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE 

vmlinux 是 linux 内核的静态链接可执行文件格式。脚本 scripts/link-vmlinux.sh 把不同的编译好的子模块链接到一起形成了 vmlinux。

第二个目标是 vmlinux-deps ，它的定义如下：

vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN) 

它是由内核代码下的每个顶级目录的 built-in.o 组成的。之后我们还会检查内核所有的目录， kbuild 会编译各个目录下所有的对应 $(obj-y) 的源文件。接着调用 $(LD) -r 把这些文件合并到一个 build-in.o 文件里。此时我们还没有 vmlinux-deps ，所以目标 vmlinux 现在还不会被构建。对我而言 vmlinux-deps 包含下面的文件：

arch/x86/kernel/vmlinux.lds arch/x86/kernel/head_64.o arch/x86/kernel/head64.o    arch/x86/kernel/head.o init/built-in.o             usr/built-in.o arch/x86/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 lib/lib.a                   arch/x86/lib/lib.a lib/built-in.o              arch/x86/lib/built-in.o drivers/built-in.o          sound/built-in.o firmware/built-in.o         arch/x86/pci/built-in.o arch/x86/power/built-in.o   arch/x86/video/built-in.o net/built-in.o 

下一个可以被执行的目标如下：

$(sort $(vmlinux-deps)): $(vmlinux-dirs) ; $(vmlinux-dirs): prepare scripts     $(Q)$(MAKE) $(build)=$@ 

就像我们看到的， vmlinux-dir 依赖于两部分： prepare 和 scripts 。第一个 prepare 定义在内核的根 makefile 中，准备工作分成三个阶段：

prepare: prepare0 prepare0: archprepare FORCE  $(Q)$(MAKE) $(build)=. archprepare: archheaders archscripts prepare1 scripts_basic prepare1: prepare2 $(version_h) include/generated/utsrelease.h /        include/config/auto.conf  $(cmd_crmodverdir) prepare2: prepare3 outputmakefile asm-generic  

第一个 prepare0 展开到 archprepare ，后者又展开到 archheader 和 archscripts ，这两个变量定义在 x86_64 相关的 Makefile 。让我们看看这个文件。 x86_64 特定的 makefile 从变量定义开始，这些变量都是和特定架构的配置文件 ( defconfig ，等等)有关联。在定义了编译 16-bit 代码的编译选项之后，根据变量 BITS 的值，如果是 32 ， 汇编代码、链接器、以及其它很多东西（全部的定义都可以在 arch/x86/Makefile 找到）对应的参数就是 i386 ，而 64 就对应的是 x86_84 。

第一个目标是 makefile 生成的系统调用列表（syscall table）中的 archheaders ：

archheaders:     $(Q)$(MAKE) $(build)=arch/x86/entry/syscalls all 

第二个目标是 makefile 里的 archscripts ：

archscripts: scripts_basic     $(Q)$(MAKE) $(build)=arch/x86/tools relocs 

我们可以看到 archscripts 是依赖于根 Makefile 里的 scripts_basic 。首先我们可以看出 scripts_basic 是按照 scripts/basic 的 makefile 执行 make 的：

scripts_basic:     $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic 

scripts/basic/Makefile 包含了编译两个主机程序 fixdep 和 bin2 的目标：

hostprogs-y := fixdep hostprogs-$(CONFIG_BUILD_BIN2C)     += bin2c always      := $(hostprogs-y)  $(addprefix $(obj)/,$(filter-out fixdep,$(always))): $(obj)/fixdep 

第一个工具是 fixdep ：用来优化 gcc 生成的依赖列表，然后在重新编译源文件的时候告诉make。第二个工具是 bin2c ，它依赖于内核配置选项 CONFIG_BUILD_BIN2C ，并且它是一个用来将标准输入接口（LCTT 译注：即 stdin）收到的二进制流通过标准输出接口（即：stdout）转换成 C 头文件的非常小的 C 程序。你可能注意到这里有些奇怪的标志，如 hostprogs-y 等。这个标志用于所有的 kbuild 文件，更多的信息你可以从 documentation 获得。在我们这里， hostprogs-y 告诉 kbuild 这里有个名为 fixed 的程序，这个程序会通过和 Makefile 相同目录的 fixdep.c 编译而来。

执行 make 之后，终端的第一个输出就是 kbuild 的结果：

$ make   HOSTCC  scripts/basic/fixdep 

当目标 script_basic 被执行，目标 archscripts 就会 make arch/x86/tools 下的 makefile 和目标 relocs :

$(Q)$(MAKE) $(build)=arch/x86/tools relocs 

包含了 重定位 的信息的代码 relocs_32.c 和 relocs_64.c 将会被编译，这可以在 make 的输出中看到：

  HOSTCC  arch/x86/tools/relocs_32.o   HOSTCC  arch/x86/tools/relocs_64.o   HOSTCC  arch/x86/tools/relocs_common.o   HOSTLD  arch/x86/tools/relocs 

在编译完 relocs.c 之后会检查 version.h :

$(version_h): $(srctree)/Makefile FORCE     $(call filechk,version.h)     $(Q)rm -f $(old_version_h) 

我们可以在输出看到它：

CHK     include/config/kernel.release 

以及在内核的根 Makefiel 使用 arch/x86/include/generated/asm 的目标 asm-generic 来构建 generic 汇编头文件。在目标 asm-generic 之后， archprepare 就完成了，所以目标 prepare0 会接着被执行，如我上面所写：

prepare0: archprepare FORCE     $(Q)$(MAKE) $(build)=. 

注意 build ，它是定义在文件 scripts/Kbuild.include ，内容是这样的：

build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj 

或者在我们的例子中，它就是当前源码目录路径： . ：

$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj=. 

脚本 scripts/Makefile.build 通过参数 obj 给定的目录找到 Kbuild 文件，然后引入 kbuild 文件：

include $(kbuild-file) 

并根据这个构建目标。我们这里 . 包含了生成 kernel/bounds.s 和 arch/x86/kernel/asm-offsets.s 的 Kbuild 文件。在此之后，目标 prepare 就完成了它的工作。 vmlinux-dirs 也依赖于第二个目标 scripts ，它会编译接下来的几个程序： filealias ， mk_elfconfig ， modpost 等等。之后， scripts/host-programs 就可以开始编译我们的目标 vmlinux-dirs 了。

首先，我们先来理解一下 vmlinux-dirs 都包含了那些东西。在我们的例子中它包含了下列内核目录的路径：

init usr arch/x86 kernel mm fs ipc security crypto block drivers sound firmware arch/x86/pci arch/x86/power arch/x86/video net lib arch/x86/lib 

我们可以在内核的根 Makefile 里找到 vmlinux-dirs 的定义：

vmlinux-dirs    := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(init-y) $(init-m) /  $(core-y) $(core-m) $(drivers-y) $(drivers-m) /  $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m))) init-y      := init/ drivers-y   := drivers/ sound/ firmware/ net-y       := net/ libs-y      := lib/ ... ... ...  

这里我们借助函数 patsubst 和 filter 去掉了每个目录路径里的符号 / ，并且把结果放到 vmlinux-dirs 里。所以我们就有了 vmlinux-dirs 里的目录列表，以及下面的代码：

$(vmlinux-dirs): prepare scripts     $(Q)$(MAKE) $(build)=$@ 

符号 $@ 在这里代表了 vmlinux-dirs ，这就表明程序会递归遍历从 vmlinux-dirs 以及它内部的全部目录（依赖于配置），并且在对应的目录下执行 make 命令。我们可以在输出看到结果：

  CC      init/main.o   CHK     include/generated/compile.h   CC      init/version.o   CC      init/do_mounts.o   ...   CC      arch/x86/crypto/glue_helper.o   AS      arch/x86/crypto/aes-x86_64-asm_64.o   CC      arch/x86/crypto/aes_glue.o   ...   AS      arch/x86/entry/entry_64.o   AS      arch/x86/entry/thunk_64.o   CC      arch/x86/entry/syscall_64.o 

每个目录下的源代码将会被编译并且链接到 built-io.o 里：

$ find . -name built-in.o ./arch/x86/crypto/built-in.o ./arch/x86/crypto/sha-mb/built-in.o ./arch/x86/net/built-in.o ./init/built-in.o ./usr/built-in.o ... ... 

好了，所有的 built-in.o 都构建完了，现在我们回到目标 vmlinux 上。你应该还记得，目标 vmlinux 是在内核的根makefile 里。在链接 vmlinux 之前，系统会构建 samples , Documentation 等等，但是如上文所述，我不会在本文描述这些。

vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE     ...     ...     +$(call if_changed,link-vmlinux) 

你可以看到，调用脚本 scripts/link-vmlinux.sh 的主要目的是把所有的 built-in.o 链接成一个静态可执行文件，和生成 System.map 。 最后我们来看看下面的输出：

  LINK    vmlinux   LD      vmlinux.o   MODPOST vmlinux.o   GEN     .version   CHK     include/generated/compile.h   UPD     include/generated/compile.h   CC      init/version.o   LD      init/built-in.o   KSYM    .tmp_kallsyms1.o   KSYM    .tmp_kallsyms2.o   LD      vmlinux   SORTEX  vmlinux   SYSMAP  System.map 

vmlinux 和 System.map 生成在内核源码树根目录下。

$ ls vmlinux System.map  System.map  vmlinux 

这就是全部了， vmlinux 构建好了，下一步就是创建 bzImage .

制作bzImage

bzImage 就是压缩了的 linux 内核镜像。我们可以在构建了 vmlinux 之后通过执行 make bzImage 获得 bzImage 。同时我们可以仅仅执行 make 而不带任何参数也可以生成 bzImage ，因为它是在 arch/x86/kernel/Makefile 里预定义的、默认生成的镜像：

all: bzImage 

让我们看看这个目标，它能帮助我们理解这个镜像是怎么构建的。我已经说过了 bzImage 是被定义在 arch/x86/kernel/Makefile ，定义如下：

bzImage: vmlinux     $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) $(KBUILD_IMAGE)     $(Q)mkdir -p $(objtree)/arch/$(UTS_MACHINE)/boot     $(Q)ln -fsn ../../x86/boot/bzImage $(objtree)/arch/$(UTS_MACHINE)/boot/$@ 

在这里我们可以看到第一次为 boot 目录执行 make ，在我们的例子里是这样的：

boot := arch/x86/boot 

现在的主要目标是编译目录 arch/x86/boot 和 arch/x86/boot/compressed 的代码，构建 setup.bin 和 vmlinux.bin ，最后用这两个文件生成 bzImage 。第一个目标是定义在 arch/x86/boot/Makefile 的 $(obj)/setup.elf :

$(obj)/setup.elf: $(src)/setup.ld $(SETUP_OBJS) FORCE     $(call if_changed,ld) 

我们已经在目录 arch/x86/boot 有了链接脚本 setup.ld ，和扩展到 boot 目录下全部源代码的变量 SETUP_OBJS 。我们可以看看第一个输出：

  AS      arch/x86/boot/bioscall.o   CC      arch/x86/boot/cmdline.o   AS      arch/x86/boot/copy.o   HOSTCC  arch/x86/boot/mkcpustr   CPUSTR  arch/x86/boot/cpustr.h   CC      arch/x86/boot/cpu.o   CC      arch/x86/boot/cpuflags.o   CC      arch/x86/boot/cpucheck.o   CC      arch/x86/boot/early_serial_console.o   CC      arch/x86/boot/edd.o 

下一个源码文件是 arch/x86/boot/header.S ，但是我们不能现在就编译它，因为这个目标依赖于下面两个头文件：

$(obj)/header.o: $(obj)/voffset.h $(obj)/zoffset.h 

第一个头文件 voffset.h 是使用 sed 脚本生成的，包含用 nm 工具从 vmlinux 获取的两个地址：

#define VO__end 0xffffffff82ab0000 #define VO__text 0xffffffff81000000 

这两个地址是内核的起始和结束地址。第二个头文件 zoffset.h 在 arch/x86/boot/compressed/Makefile 可以看出是依赖于目标 vmlinux 的：

$(obj)/zoffset.h: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE     $(call if_changed,zoffset) 

目标 $(obj)/compressed/vmlinux 依赖于 vmlinux-objs-y —— 说明需要编译目录 arch/x86/boot/compressed 下的源代码，然后生成 vmlinux.bin 、 vmlinux.bin.bz2 ，和编译工具 mkpiggy 。我们可以在下面的输出看出来：

  LDS     arch/x86/boot/compressed/vmlinux.lds   AS      arch/x86/boot/compressed/head_64.o   CC      arch/x86/boot/compressed/misc.o   CC      arch/x86/boot/compressed/string.o   CC      arch/x86/boot/compressed/cmdline.o   OBJCOPY arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin   BZIP2   arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.bz2   HOSTCC  arch/x86/boot/compressed/mkpiggy 

vmlinux.bin 是去掉了调试信息和注释的 vmlinux 二进制文件，加上了占用了 u32 （LCTT 译注：即4-Byte）的长度信息的 vmlinux.bin.all 压缩后就是 vmlinux.bin.bz2 。其中 vmlinux.bin.all 包含了 vmlinux.bin 和 vmlinux.relocs （LCTT 译注：vmlinux 的重定位信息），其中 vmlinux.relocs 是 vmlinux 经过程序 relocs 处理之后的 vmlinux 镜像（见上文所述）。我们现在已经获取到了这些文件，汇编文件 piggy.S 将会被 mkpiggy 生成、然后编译：

  MKPIGGY arch/x86/boot/compressed/piggy.S   AS      arch/x86/boot/compressed/piggy.o 

这个汇编文件会包含经过计算得来的、压缩内核的偏移信息。处理完这个汇编文件，我们就可以看到 zoffset 生成了：

  ZOFFSET arch/x86/boot/zoffset.h 

现在 zoffset.h 和 voffset.h 已经生成了， arch/x86/boot 里的源文件可以继续编译：

  AS      arch/x86/boot/header.o   CC      arch/x86/boot/main.o   CC      arch/x86/boot/mca.o   CC      arch/x86/boot/memory.o   CC      arch/x86/boot/pm.o   AS      arch/x86/boot/pmjump.o   CC      arch/x86/boot/printf.o   CC      arch/x86/boot/regs.o   CC      arch/x86/boot/string.o   CC      arch/x86/boot/tty.o   CC      arch/x86/boot/video.o   CC      arch/x86/boot/video-mode.o   CC      arch/x86/boot/video-vga.o   CC      arch/x86/boot/video-vesa.o   CC      arch/x86/boot/video-bios.o 

所有的源代码会被编译，他们最终会被链接到 setup.elf ：

  LD      arch/x86/boot/setup.elf 

或者：

ld -m elf_x86_64   -T arch/x86/boot/setup.ld arch/x86/boot/a20.o arch/x86/boot/bioscall.o arch/x86/boot/cmdline.o arch/x86/boot/copy.o arch/x86/boot/cpu.o arch/x86/boot/cpuflags.o arch/x86/boot/cpucheck.o arch/x86/boot/early_serial_console.o arch/x86/boot/edd.o arch/x86/boot/header.o arch/x86/boot/main.o arch/x86/boot/mca.o arch/x86/boot/memory.o arch/x86/boot/pm.o arch/x86/boot/pmjump.o arch/x86/boot/printf.o arch/x86/boot/regs.o arch/x86/boot/string.o arch/x86/boot/tty.o arch/x86/boot/video.o arch/x86/boot/video-mode.o arch/x86/boot/version.o arch/x86/boot/video-vga.o arch/x86/boot/video-vesa.o arch/x86/boot/video-bios.o -o arch/x86/boot/setup.elf 

最后的两件事是创建包含目录 arch/x86/boot/* 下的编译过的代码的 setup.bin ：

objcopy  -O binary arch/x86/boot/setup.elf arch/x86/boot/setup.bin 

以及从 vmlinux 生成 vmlinux.bin :

objcopy  -O binary -R .note -R .comment -S arch/x86/boot/compressed/vmlinux arch/x86/boot/vmlinux.bin 

最最后，我们编译主机程序 arch/x86/boot/tools/build.c ，它将会用来把 setup.bin 和 vmlinux.bin 打包成 bzImage :

arch/x86/boot/tools/build arch/x86/boot/setup.bin arch/x86/boot/vmlinux.bin arch/x86/boot/zoffset.h arch/x86/boot/bzImage 

实际上 bzImage 就是把 setup.bin 和 vmlinux.bin 连接到一起。最终我们会看到输出结果，就和那些用源码编译过内核的同行的结果一样：

Setup is 16268 bytes (padded to 16384 bytes). System is 4704 kB CRC 94a88f9a Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#5) 

全部结束。

结论

这就是本文的结尾部分。本文我们了解了编译内核的全部步骤：从执行 make 命令开始，到最后生成 bzImage 。我知道，linux 内核的 makefile 和构建 linux 的过程第一眼看起来可能比较迷惑，但是这并不是很难。希望本文可以帮助你理解构建 linux 内核的整个流程。

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