FREEBSD内核文件编译分析

本文不是叫大家怎么做FreeBSD内核，做内核太简单了，不管是Linux和Unix。
在网上找了好久，一点可用的文章都没有找到，FreeBSD的官网的文章也没有给出说法，只能自己在/usr/src和/usr/src/sys和/usr/src/sys/conf下面疯狂的grep，找文件，找引用，才有了自己的一些理解。
先说说Linux的内核文件的编译关联吧，Linux的每个文件的编译和是 kconfig配置关联在一起的，kconfig在经过make menuconfig之后，得到一个.config文件，然后每个文件夹下面的Makefile，会check这个全局的.config文件，来决定哪些文件该编译，哪些不用编译。多说无益，参考代码即可。
FreeBSD的做法有些不一样了，Linux把哪些文件要编译分散到了每个文件夹，然后check Makefile。FreeBSD是做两个总的文件，决定哪些文件该编译哪些不该，这两个文件分别是这个路径下：
ztz0223@BTazuo:/usr/src/sys/conf % pwd
/usr/src/sys/conf
的两个文件：files，files.i386

files是与架构无关的，也就是不管代码在什么平台上面编译，i386或者power pc上面都靠这个文件控制编译。对应的files.i386，就是特定平台的编译控制。
我们来看一下，这两个文件里面是什么吧，首先是files：

2082 dev/xe/if_xe.c          optional xe
2083 dev/xe/if_xe_pccard.c       optional xe pccard
2084 dev/xl/if_xl.c          optional xl pci
2085 dev/xl/xlphy.c          optional xl pci
2086 fs/coda/coda_fbsd.c     optional vcoda
2087 fs/coda/coda_psdev.c        optional vcoda
2088 fs/coda/coda_subr.c     optional vcoda
2089 fs/coda/coda_venus.c        optional vcoda
2090 fs/coda/coda_vfsops.c       optional vcoda
2091 fs/coda/coda_vnops.c        optional vcoda
2092 fs/deadfs/dead_vnops.c      standard
2093 fs/devfs/devfs_devs.c       standard
2094 fs/devfs/devfs_dir.c        standard
2095 fs/devfs/devfs_rule.c       standard
2096 fs/devfs/devfs_vfsops.c     standard
2097 fs/devfs/devfs_vnops.c      standard
2098 fs/fdescfs/fdesc_vfsops.c   optional fdescfs
2099 fs/fdescfs/fdesc_vnops.c    optional fdescfs
2100 fs/fifofs/fifo_vnops.c      standard
2101 fs/hpfs/hpfs_alsubr.c       optional hpfs
2102 fs/hpfs/hpfs_lookup.c       optional hpfs
"files" [readonly] 3544 lines --57%--

再看files.i386：

417 i386/i386/minidump_machdep.c    standard
418 i386/i386/mp_clock.c        optional smp
419 i386/i386/mp_machdep.c      optional native smp
420 i386/xen/mp_machdep.c       optional xen smp
421 i386/i386/mp_watchdog.c     optional mp_watchdog smp
422 i386/i386/mpboot.s      optional smp native
423 i386/xen/mptable.c      optional apic xen
424 i386/i386/perfmon.c     optional perfmon
425 i386/i386/pmap.c        optional native
426 i386/xen/pmap.c         optional xen
427 i386/i386/ptrace_machdep.c  standard
428 i386/i386/stack_machdep.c   optional ddb | stack
429 i386/i386/support.s     standard
430 i386/i386/swtch.s       standard
431 i386/i386/sys_machdep.c     standard
432 i386/i386/trap.c        standard
433 i386/i386/uio_machdep.c     standard
434 i386/i386/vm86.c        standard
435 i386/i386/vm_machdep.c      standard
436 i386/ibcs2/ibcs2_errno.c    optional ibcs2
437 i386/ibcs2/ibcs2_fcntl.c    optional ibcs2
438 i386/ibcs2/ibcs2_ioctl.c    optional ibcs2
439 i386/ibcs2/ibcs2_ipc.c      optional ibcs2
440 i386/ibcs2/ibcs2_isc.c      optional ibcs2
"files.i386" [readonly] 537 lines --71%--

对于上面的files，我要说的就是，后面带有standard的表明该文件一定会编译，不管是快速编译指定模块，还是全部完全编译。二 optional xxx标识当xxx选项开启的时候，才会编译对应的文件。如果内核里指定了options，就会编译到内核文件里，而不是以模块方式可以动态加载的了，一般都会建议采用模块方式。
上面files.i386可以看出：
436 i386/ibcs2/ibcs2_errno.c optional ibcs2 只有在ibcs2选项开启的时候才会编译
而：
432 i386/i386/trap.c standard 在i386架构平台下编译的话，一定要编译的。
OK，说到这里，已经知道文件如何编译的了，那么在指定快速编译的时候，就是在make.conf里面指定编译的模块，就如官网文档所示：

联编内核

进入 /usr/src 目录

cd /usr/src
编译内核:

make buildkernel KERNCONF=MYKERNEL

安装新内核：

make installkernel KERNCONF=MYKERNEL

注意: 使用这种方法联编内核时，需要安装完整的 FreeBSD 源代码。
提示: 默认情况下，在联编您所定制的内核时，全部内核模块也会同时参与构建。如果您希望更快地升级内核，或者只希望联编您所需要的模块，则应在联编之前编辑 /etc/make.conf：
MODULES_OVERRIDE = linux acpi sound/sound sound/driver/ds1 ntfs
这个变量的内容是所希望构建的模块列表。
WITHOUT_MODULES = linux acpi sound ntfs
这个变量的内容是将不在联编过程中编译的顶级模块列表。如果希望了解更多与构建内核有关的变量，请参见 make.conf(5) 联机手册。

比如，我在/etc/make.conf里面指定：
MODULES_OVERRIDE = xfs
那么是不是仅仅编译xfs的文件吗？
当然不是，当我们执行

make buildkernel KERNCONF=MYKERNEL

开始编译的时候，会发现打印里面有

cc -c -O -pipe  -std=c99 -g -Wall -Wredundant-decls -Wnested-externs -Wstrict-prototypes  -Wmissing-prototypes -Wpointer-arith -Winline -Wcast-qual  -Wundef -Wno-pointer-sign -fformat-extensions  -Wmissing-include-dirs -fdiagnostics-show-option   -nostdinc  -I. -I/usr/src/sys -I/usr/src/sys/contrib/altq -D_KERNEL -DHAVE_KERNEL_OPTION_HEADERS -include opt_global.h -fno-common -finline-limit=8000 --param inline-unit-growth=100 --param large-function-growth=1000  -mno-align-long-strings -mpreferred-stack-boundary=2 -mno-mmx -mno-sse -msoft-float -ffreestanding -fstack-protector -Werror  /usr/src/sys/cam/ata/ata_all.c

但是我们可以从files里面看出来：

110 cam/ata/ata_all.c optional scbus

scbus开启才会编译这个文件。
为什么他会编译？
很简单，我们看

make buildkernel KERNCONF=MYKERNEL

的最开始有一些打印，是删除中间文件的：

--------------------------------------------------------------
>>> stage 2.1: cleaning up the object tree
--------------------------------------------------------------
cd /usr/obj/usr/src/sys/GENERIC_20130217; MAKEOBJDIRPREFIX=/usr/obj  MACHINE_ARCH=i386  MACHINE=i386  CPUTYPE= GROFF_BIN_PATH=/usr/obj/usr/src/tmp/legacy/usr/bin  GROFF_FONT_PATH=/usr/obj/usr/src/tmp/legacy/usr/share/groff_font  GROFF_TMAC_PATH=/usr/obj/usr/src/tmp/legacy/usr/share/tmac  _SHLIBDIRPREFIX=/usr/obj/usr/src/tmp  _LDSCRIPTROOT=  VERSION="FreeBSD 9.1-RELEASE i386 901000"  INSTALL="sh /usr/src/tools/install.sh"  PATH=/usr/obj/usr/src/tmp/legacy/usr/sbin:/usr/obj/usr/src/tmp/legacy/usr/bin:/usr/obj/usr/src/tmp/legacy/usr/games:/usr/obj/usr/src/tmp/usr/sbin:/usr/obj/usr/src/tmp/usr/bin:/usr/obj/usr/src/tmp/usr/games:/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin make KERNEL=kernel cleandir
rm -f *.o *.so *.So *.ko *.s eddep errs  kernel.debug kernel kernel.symbols  linterrs makelinks tags vers.c  vnode_if.c vnode_if.h vnode_if_newproto.h vnode_if_typedef.h  agp_if.c ata_if.c eisa_if.c miibus_if.c mmcbr_if.c mmcbus_if.c mvs_if.c card_if.c power_if.c pci_if.c pcib_if.c ppbus_if.c hdac_if.c ac97_if.c channel_if.c feeder_if.c mixer_if.c mpu_if.c mpufoi_if.c synth_if.c uart_if.c usb_if.c g_part_if.c g_raid_md_if.c g_raid_tr_if.c isa_if.c bus_if.c clock_if.c cpufreq_if.c device_if.c linker_if.c serdev_if.c acpi_if.c acpi_wmi_if.c agp_if.h ata_if.h eisa_if.h miibus_if.h mmcbr_if.h mmcbus_if.h mvs_if.h card_if.h power_if.h pci_if.h pcib_if.h ppbus_if.h hdac_if.h ac97_if.h channel_if.h feeder_if.h mixer_if.h mpu_if.h mpufoi_if.h synth_if.h uart_if.h usb_if.h g_part_if.h g_raid_md_if.h g_raid_tr_if.h isa_if.h bus_if.h clock_if.h cpufreq_if.h device_if.h linker_if.h serdev_if.h acpi_if.h acpi_wmi_if.h  acpi_quirks.h aicasm* y.tab.h aic7xxx_seq.h aic7xxx_reg.h  aic7xxx_reg_print.c aic79xx_seq.h aic79xx_reg.h  aic79xx_reg_print.c feeder_eq_gen.h feeder_rate_gen.h  snd_fxdiv_gen.h miidevs.h pccarddevs.h teken_state.h usbdevs.h  usbdevs_data.h acpi_wakecode.o acpi_wakecode.bin acpi_wakecode.h  acpi_wakedata.h

rm -f .depend machine x86

会删除一些生成的临时文件，和一些头文件，再生成这些头文件，FreeBSD的内核编译的时候，头文件变了，相关的c文件都是要重新编译过的。这就解释上面的增量编译xfs的时候，会要编译一些不相关的文件。
再回到上面的：

110 cam/ata/ata_all.c optional scbus

这个scbus option是在哪里开的？
很简单了，就是在文件夹/usr/src/sys/i386/conf/下面
ztz0223@BTazuo:/usr/src/sys/i386/conf %
打开GENERIC文件看就知道了：

19 # $FreeBSD: release/9.1.0/sys/i386/conf/GENERIC 235877 2012-05-24 03:45:13Z mav $
20
21 cpu     I486_CPU
22 cpu     I586_CPU
23 cpu     I686_CPU
24 ident       GENERIC
25
26 makeoptions DEBUG=-g        # Build kernel with gdb(1) debug symbols
27
28 options     SCHED_ULE       # ULE scheduler
29 options     PREEMPTION      # Enable kernel thread preemption
30 options     INET            # InterNETworking
31 options     INET6           # IPv6 communications protocols
32 options     SCTP            # Stream Control Transmission Protocol
33 options     FFS         # Berkeley Fast Filesystem
34 options     SOFTUPDATES     # Enable FFS soft updates support
35 options     UFS_ACL         # Support for access control lists
36 options     UFS_DIRHASH     # Improve performance on big directories
37 options     UFS_GJOURNAL        # Enable gjournal-based UFS journaling
38 options     MD_ROOT         # MD is a potential root device
39 options     NFSCL           # New Network Filesystem Client
40 options     NFSD            # New Network Filesystem Server
41 options     NFSLOCKD        # Network Lock Manager
42 options     NFS_ROOT        # NFS usable as /, requires NFSCL
43 options     MSDOSFS         # MSDOS Filesystem
44 options     CD9660          # ISO 9660 Filesystem
45 options     PROCFS          # Process filesystem (requires PSEUDOFS)
46 options     PSEUDOFS        # Pseudo-filesystem framework
47 options     GEOM_PART_GPT       # GUID Partition Tables.
48 options     GEOM_RAID       # Soft RAID functionality.
49 options     GEOM_LABEL      # Provides labelization
50 options     COMPAT_FREEBSD4     # Compatible with FreeBSD4
51 options     COMPAT_FREEBSD5     # Compatible with FreeBSD5
52 options     COMPAT_FREEBSD6     # Compatible with FreeBSD6
53 options     COMPAT_FREEBSD7     # Compatible with FreeBSD7
54 options     SCSI_DELAY=5000     # Delay (in ms) before probing SCSI
55 options     KTRACE          # ktrace(1) support
56 options     STACK           # stack(9) support
"GENERIC" [readonly] 361L, 14505C

这里有options，标识对应的选项开启了。
还有一个问题，就是代码里面有一些：

137 #ifdef INET
138 int (*carp_iamatch_p)(struct ifnet *, struct in_ifaddr *, struct in_addr *,
139     u_int8_t **);
140 #endif
141 #ifdef INET6
142 struct ifaddr *(*carp_iamatch6_p)(struct ifnet *ifp, struct in6_addr *taddr6);
143 caddr_t (*carp_macmatch6_p)(struct ifnet *ifp, struct mbuf *m,
144     const struct in6_addr *taddr);
145 #endif
146
147 struct mbuf *(*tbr_dequeue_ptr)(struct ifaltq *, int) = NULL;
148
"net/if.c" [readonly] 3419 lines --2%--

这个INET在哪里定义的呢？
回到路径::/usr/src/sys/conf ,查看两个文件：

1 2	-rw-r--r-- 1 root wheel 23377 Dec 4 06:11 options -rw-r--r-- 1 root wheel 1563 Dec 4 06:11 options.i386

ztz0223@BTazuo:/usr/src/sys/conf % less options
388 DEVICE_POLLING
389 DEV_ENC         opt_enc.h
390 DEV_PF          opt_pf.h
391 DEV_PFLOG       opt_pf.h
392 DEV_PFSYNC      opt_pf.h
393 DEV_VLAN        opt_vlan.h
394 DUMMYNET        opt_ipdn.h
395 ETHER_8022      opt_ef.h
396 ETHER_8023      opt_ef.h
397 ETHER_II        opt_ef.h
398 ETHER_SNAP      opt_ef.h
399 INET            opt_inet.h
400 INET6           opt_inet6.h

则可以知道INET就定义在opt_inet.h中，而在编译过FreeBSD内核之后，在/usr/obj/usr/src/sys/GENERIC生成的临时文件路径下面，就有这个opt_inet.h文件了，查看一下：
ztz0223@BTazuo:/usr/obj/usr/src/sys/GENERIC_20130217 % vim opt_inet.h
1 #define INET 1
同样options.i386里面也会指定一些平台代码需要的头文件和宏定义。
最后一个问题，就是在/etc/make.conf指定：
MODULES_OVERRIDE = xfs
标识增量编译xfs，那么xfs就是一个模块，该模块在哪里指定？在/usr/src/sys/modules下面，有很多文件夹：

/usr/src/sys/modules % ls -la | grep xfs

drwxr-xr-x 2 root wheel 512 Dec 4 05:09 xfs

这个下面的文件夹里面只有Makefile，没有其他的东西的，这些Makefile就是指定编译模块增量编译内核的时候，指定编译的Makefile了。
这里看一下xfs下面的Makefile内容了：

/usr/src/sys/modules % cat xfs/Makefile

# $FreeBSD: release/9.1.0/sys/modules/xfs/Makefile 229734 2012-01-06 21:23:00Z dim $
.PATH:  ${.CURDIR}/../../gnu/fs/xfs \
        ${.CURDIR}/../../gnu/fs/xfs/FreeBSD \
        ${.CURDIR}/../../gnu/fs/xfs/FreeBSD/support
KMOD=    xfs
WERROR=
SRCS =  vnode_if.h \
        xfs_alloc.c \
        xfs_alloc_btree.c \
        xfs_bit.c \
        xfs_bmap.c \
        xfs_bmap_btree.c \
        xfs_btree.c \
        xfs_buf_item.c \
        xfs_da_btree.c \
        xfs_dir.c \
        xfs_dir2.c \
        xfs_dir2_block.c \
        xfs_dir2_data.c \
        xfs_dir2_leaf.c \
        xfs_dir2_node.c \
        xfs_dir2_sf.c \
        xfs_dir2_trace.c \
        xfs_dir_leaf.c \
        xfs_error.c \
        xfs_extfree_item.c \
        xfs_freebsd_iget.c \
        xfs_fsops.c \
        xfs_ialloc.c \
        xfs_ialloc_btree.c \
        xfs_inode.c \
        xfs_inode_item.c \
        xfs_iocore.c \
        xfs_itable.c \
        xfs_dfrag.c \
        xfs_log.c \
        xfs_log_recover.c \
        xfs_mount.c \
        xfs_rename.c \
        xfs_trans.c \
        xfs_trans_ail.c \
        xfs_trans_buf.c \
        xfs_trans_extfree.c \
        xfs_trans_inode.c \
        xfs_trans_item.c \
        xfs_utils.c \
        xfs_vfsops.c \
        xfs_vnodeops.c \
        xfs_rw.c \
        xfs_iget.c \
        xfs_attr_leaf.c \
        xfs_attr.c \
        xfs_dmops.c \
        xfs_qmops.c \
        xfs_mountops.c \
        xfs_vnops.c \
        xfs_frw.c \
        xfs_iomap.c \
        xfs_buf.c \
        xfs_globals.c \
        xfs_dmistubs.c \
        xfs_behavior.c \
        xfs_super.c \
        xfs_stats.c \
        xfs_sysctl.c \
        xfs_vfs.c \
        xfs_vnode.c \
        xfs_fs_subr.c \
        xfs_ioctl.c \
        debug.c \
        ktrace.c \
        mrlock.c \
        uuid.c \
        kmem.c \
        kdb.c
SRCS+=  opt_ddb.h
.include <bsd.kmod.mk>
CFLAGS+= -I${.CURDIR}/../../gnu/fs/xfs/FreeBSD \
         -I${.CURDIR}/../../gnu/fs/xfs/FreeBSD/support \
         -I${.CURDIR}/../../gnu/fs/xfs
CWARNFLAGS.xfs_ioctl.c=         ${NO_WSELF_ASSIGN}
CWARNFLAGS+=                    ${CWARNFLAGS.${.IMPSRC:T}}

ztz0223@BTazuo:/usr/src/sys/modules %
再看一下，增量编译的过程打印，这里只附上xfs链接的相关的部分：
ld -d -warn-common -r -d -o xfs.kld xfs_alloc.o xfs_alloc_btree.o xfs_bit.o xfs_bmap.o xfs_bmap_btree.o xfs_btree.o xfs_buf_item.o xfs_da_btree.o xfs_dir.o xfs_dir2.o xfs_dir2_block.o xfs_dir2_data.o xfs_dir2_leaf.o xfs_dir2_node.o xfs_dir2_sf.o xfs_dir2_trace.o xfs_dir_leaf.o xfs_error.o xfs_extfree_item.o xfs_freebsd_iget.o xfs_fsops.o xfs_ialloc.o xfs_ialloc_btree.o xfs_inode.o xfs_inode_item.o xfs_iocore.o xfs_itable.o xfs_dfrag.o xfs_log.o xfs_log_recover.o xfs_mount.o xfs_rename.o xfs_trans.o xfs_trans_ail.o xfs_trans_buf.o xfs_trans_extfree.o xfs_trans_inode.o xfs_trans_item.o xfs_utils.o xfs_vfsops.o xfs_vnodeops.o xfs_rw.o xfs_iget.o xfs_attr_leaf.o xfs_attr.o xfs_dmops.o xfs_qmops.o xfs_mountops.o xfs_vnops.o xfs_frw.o xfs_iomap.o xfs_buf.o xfs_globals.o xfs_dmistubs.o xfs_behavior.o xfs_super.o xfs_stats.o xfs_sysctl.o xfs_vfs.o xfs_vnode.o xfs_fs_subr.o xfs_ioctl.o debug.o ktrace.o mrlock.o uuid.o kmem.o kdb.o
有这么多，我想足够理解了。

FREEBSD内核文件编译分析

联编内核

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