Linux内核源码分析--zImage出生实录（Linux-3.0 ARMv7）-白红宇

Linux内核源码分析--zImage出生实录（Linux-3.0 ARMv7）

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发布时间：2019-05-10

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此文为两年前为好友的书中帮忙写的章节的重新整理。如有雷同，纯属必然。经作者同意，将我写的部分重新整理后放入blog中。

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自己移植编译过内核的朋友都知道：生成的zImage内核的位置在arch/arm/boot目录下。但是这个映像是怎么产生的？下面简要地分析一下。

内核根目录下的vmlinux映像文件是内核Makefile的默认目标。这个vmlinux映像的生成可以通过阅读内核Makefile文件得知，简单的说：Makefile解析内核配置文件.config，递归到各目录下编译出.o文件，最后将其链接成vmlinux。而这个链接成的vmlinux文件

是一个包含内核代码的静态可执行ELF文件，你可以通过file命令来验证这一点。

她不能通过bootloader引导并启动，如果想要使其可引导，必须使用编译工具链中的objcopy命令把这个ELF格式的vmlinux转化为二进制格式才行。

而平常使用的zImage文件就是这个vmlinux文件经过多次的转换得到的。现在就来仔细研究一下她的生成过程。

（1）arch/$(ARCH)/Makefile

首先嵌入式中经常使用的编译目标zImage并不在顶层Makefile文件中，而在被顶层Makefile包含的arch/$(ARCH)/Makefile文件中，对于ARM处理器来说就是arch/arm/Makefile文件。其中的部分规则如下：

……

# Default target when executing plain make

ifeq ($(CONFIG_XIP_KERNEL),y)

KBUILD_IMAGE := xipImage

else

KBUILD_IMAGE := zImage

endif

all: $(KBUILD_IMAGE)

boot := arch/arm/boot

archprepare:

$(Q)$(MAKE) $(build)=arch/arm/tools include/generated/mach-types.h

# Convert bzImage to zImage

bzImage: zImage

zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

$(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@

……

从这里可以看出，zImage的依赖是顶层vmlinux文件，下面的命令展开得到：

make -f scripts/Makefile.build obj= arch/arm/boot MACHINE=arch/arm/mach-* arch/arm/boot/ zImage

可以看出zImage其实是make解析arch/arm/boot目录下的Makefile文件生成的，而参数传递了目标芯片信息和目标“arch/arm/boot/zImage”。所以zImage其实是在arch/arm/boot目录下完成编译的，这就是为什么可引导zImage映像会在arch/arm/boot目录下。

（2）arch/$(ARCH)/boot/Makefile

现在来分析一下arch/arm/boot/Makefile中的部分规则，看看目标zImage的生成：

$(obj)/Image: vmlinux FORCE

$(call if_changed,objcopy)

@echo ' Kernel: $@ is ready'

$(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE

$(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $@

$(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE

$(call if_changed,objcopy)

@echo ' Kernel: $@ is ready'

先看最后一行，从中可以得知arch/arm/boot/zImage的依赖目标是arch/arm/boot/ compressed/vmlinux，且目标zImage是其二进制化的产物。

而arch/arm/boot/compressed/vmlinux是如何得到的呢？再看上一规则，arch/arm/boot/compressed/vmlinux的依赖目标是arch/arm/boot/Image。这个依赖目标的生成由最上面的规则决定，显然arch/arm/boot/Image是由顶层vmlinux二进制化得到的。而中间这行规则的含义是arch/arm/boot/compressed/vmlinux由make解析arch/arm/boot/compressed/目录下的Makefile文件生成的，这条命令展开得到：

make -f scripts/Makefile.build obj= arch/arm/boot/compressed arch/arm/boot/compressed/vmlinux

（3）arch/$(ARCH)/boot/compressed/Makefile

最后就来分析一下arch/arm/boot/compressed/Makefile中的部分规则，看看arch/arm/boot/compressed/vmlinux 的生成：

......

suffix_$(CONFIG_KERNEL_GZIP) = gzip

suffix_$(CONFIG_KERNEL_LZO) = lzo

suffix_$(CONFIG_KERNEL_LZMA) = lzma

......

$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o \

$(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) FORCE

$(call if_changed,ld)

@$(check_for_bad_syms)

$(obj)/piggy.$(suffix_y): $(obj)/../Image FORCE

$(call if_changed,$(suffix_y))

$(obj)/piggy.$(suffix_y).o: $(obj)/piggy.$(suffix_y) FORCE

......

上面的第一条规则就说明了：其实arch/arm/boot/compressed/vmlinux是由几个部分根据arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 脚本链接而成的：

$(obj)/$(HEAD)：arch/arm/boot/compressed/head.o，在链接时处于vmlinux的最前面，其主要作用就是做一些必要的初始化工作，如初始化CPU、中断描述符表IDT 和内存页目录表GDT等等，最后跳到misc.c中的decompress_kernel函数进行内核的自解压工作。

$(addprefix $(obj)/, $(OBJS))：arch/arm/boot/compressed/ misc.o，位于head.o之后，是内核自解压的实现代码。

以下假定是gzip模式压缩：

$(obj)/piggy.

$(suffix_y).

o：arch/arm/boot/compressed/ piggy.gzip.o，其实是arch/arm/boot/Image经过gzip压缩后（piggy.gzip），再借助piggy.gzip.S一起编译出的ELF可链接文件。其中的原理可以看看piggy.gzip.S源码：