深入解析Linux内核Kbuild中的ld调用机制

1. 什么是Kbuild？

Kbuild是Linux内核的专用构建系统，它基于GNU make，并扩展了大量的规则和变量，以处理内核特有的编译需求。Kbuild负责递归遍历内核源码目录，编译每个模块，并最终链接生成内核镜像（如vmlinux）和模块（.ko文件）。

2. ld链接器的作用

ld（GNU Linker）是GNU binutils工具链中的链接器，它将编译生成的多个目标文件（.o）以及库文件组合成一个可执行文件或共享库。在内核构建中，ld负责将各个子系统、驱动程序等编译生成的目标文件按照特定的内存布局链接成最终的内核镜像。这个内存布局由链接脚本（.lds文件）定义。

3. Kbuild中ld的调用机制

在Kbuild系统中，ld的调用隐藏在复杂的Makefile规则中。通常，顶层Makefile会定义链接内核的规则，例如：

# 简化示例cmd_link-vmlinux = \n    $(LD) $(KBUILD_LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) \n    --whole-archive $(vmlinux-objs-y) --no-whole-archive \n    --start-group $(vmlinux-libs) --end-group \n    -T $(vmlinux-lds) -o $@

其中$(LD)是链接器命令（通常为ld.bfd或ld.lld），KBUILD_LDFLAGS和LDFLAGS_vmlinux是传递给链接器的选项，-T指定链接脚本，-o指定输出文件。这些变量在架构目录的Makefile中定义，例如arch/x86/kernel/vmlinux.lds就是x86架构的链接脚本。

4. 链接脚本的重要性

内核链接脚本定义了内核各个段（如.text、.data、.bss）在虚拟内存中的位置，以及入口点（如_start或内核入口）。不同的CPU架构有不同的内存布局要求，因此每个架构都有自己的链接脚本。Kbuild在链接时会通过-T选项传入正确的脚本。

5. 实例分析：x86架构的链接过程

以x86架构为例，在arch/x86/kernel/vmlinux.lds.S中定义了链接脚本的模板，经过预处理后生成vmlinux.lds。Kbuild在链接vmlinux时，会调用类似下面的命令：

ld -m elf_x86_64 -z max-page-size=0x200000 --build-id=sha1 \n    --whole-archive arch/x86/kernel/head_64.o ... --no-whole-archive \n    --start-group arch/x86/kernel/built-in.o ... --end-group \n    -T arch/x86/kernel/vmlinux.lds -o vmlinux

这些细节展示了Linux内核构建过程中Kbuild系统如何组织ld链接器并应用内核链接脚本。

总结

通过本文，我们了解了Kbuild系统中ld的调用机制。Kbuild通过精心设计的Makefile变量和规则，将编译好的目标文件与链接脚本结合，最终生成可启动的内核镜像。掌握这一机制，对于深入理解内核构建和定制内核非常有帮助。