內核根目錄下的vmlinux映像文件是內核Makefile的默認目標。這個vmlinux映像的生成可以通過閱讀內核Makefile文件得知，簡單的說：Makefile解析內核配置文件.config，遞歸到各目錄下編譯出.o文件，最后將其鏈接成vmlinux。而這個鏈接成的vmlinux文件是一個包含內核代碼的靜態可執行ELF文件，你可以通過file命令來驗證這一點。她不能通過bootloader引導并啟動，如果想要使其可引導，必須使用編譯工具鏈中的objcopy命令把這個ELF格式的vmlinux轉化為二進制格式才行。

而平常使用的zImage文件就是這個vmlinux文件經過多次的轉換得到的。現在就來仔細研究一下她的生成過程。

(1)arch/$(ARCH)/Makefile

首先嵌入式中經常使用的編譯目標zImage并不在頂層Makefile文件中，而在被頂層Makefile包含的arch/$(ARCH)/Makefile文件中，對于ARM處理器來說就是arch/arm/Makefile文件。其中的部分規則如下：

……

# 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) $(boot)/$@

……

從這里可以看出，zImage的依賴是頂層vmlinux文件，下面的命令展開得到：

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

可以看出zImage其實是make解析arch/arm/boot目錄下的Makefile文件生成的，而參數傳遞了目標芯片信息和目標“arch/arm/boot/zImage”。所以zImage其實是在arch/arm/boot目錄下完成編譯的，這就是為什么可引導zImage映像會在arch/arm/boot目錄下。

(2)arch/$(ARCH)/boot/Makefile

現在來分析一下arch/arm/boot/Makefile中的部分規則，看看目標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，從中可以得知arch/arm/boot/zImage的依賴目標是arch/arm/boot/ compressed/vmlinux，且目標zImage是其二進制化的產物。

而arch/arm/boot/compressed/vmlinux是如何得到的呢？再看上一規則，arch/arm/boot/compressed/vmlinux的依賴目標是arch/arm/boot/Image。這個依賴目標的生成由最上面的規則決定，顯然arch/arm/boot/Image是由頂層vmlinux二進制化得到的。而中間這行規則的含義是arch/arm/boot/compressed/vmlinux由make解析arch/arm/boot/compressed/目錄下的Makefile文件生成的，這條命令展開得到：

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

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

最后就來分析一下arch/arm/boot/compressed/Makefile中的部分規則，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

......

上面的第一條規則就說明了：其實arch/arm/boot/compressed/vmlinux是由幾個部分根據arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 腳本鏈接而成的：

$(obj)/$(HEAD)：arch/arm/boot/compressed/head.o，在鏈接時處于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、中斷描述符表IDT 和內存頁目錄表GDT等等，最后跳到misc.c中的decompress_kernel函數進行內核的自解壓工作。

$(addprefix $(obj)/, $(OBJS))：arch/arm/boot/compressed/ misc.o，位于head.o之后，是內核自解壓的實現代碼。

以下假定是gzip模式壓縮：

$(obj)/piggy.$(suffix_y).o：arch/arm/boot/compressed/ piggy.gzip.o，其實是arch/arm/boot/Image經過gzip壓縮后(piggy.gzip)，再借助piggy.gzip.S一起編譯出的ELF可鏈接文件。其中的原理可以看看piggy.gzip.S源碼：

.section .piggydata,#alloc

.globlinput_data

input_data:

.incbin"arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip"

.globlinput_data_end

input_data_end:

這里我還是要額外的提一下gzip壓縮，也就是$(call if_changed,$(suffix_y))這個過程。這個命令認真解析起來比較麻煩，這里如果有興趣的讀者可以自行分析。這里介紹兩篇經典的分析文檔：《kbuild實現分析》、《Kbuild系統原理分析》，讀者可自行上網下載學習。這里我直接給出了結果，這條命令執行了在Makefile.lib(scripts)中定義的：

cmd_gzip = (cat $(filter-out FORCE,$^) | gzip -n -f -9 > $@) || \

(rm -f $@ ; false)

也就是說，piggy.gzip是將arch/arm/boot/Image文件cat到標準輸出，并通過管道傳入gzip命令(gzip -n -f -9)的標準輸入，最后將gzip的輸出重定向到目標piggy.gzip

而這個piggy.gzip文件有一個重要的特性：最后的四個字節，是文件壓縮前的大小數據，存放格式是小端模式。這個數據在zImage自解壓時會被用于程序得到內核解壓后所需要的空間！！！

感興趣的朋友可以自己隨便用“gzip -n -f -9”壓縮一個文件試試，驗證一下，我已親自驗證過了。

這樣跟蹤下來，zImage的產生過程已經看完了，但是讀者可能會被這有點復雜的關系繞暈了，所以現在可以結合一下的流程圖簡單地總結一下：

首先頂層vmlinux是ELF格式的可執行文件，必須將其二進制化生成Image后才可以被bootloader引導。為了實現壓縮的內核映像，arch/arm/boot/compressed/Makefile又將這個非壓縮映像Image做gzip壓縮，生成了piggy.gzip。但要實現在啟動時自解壓，必須將這個piggy.gzip轉化為.o文件，并同初始化程序head.o和自解壓程序misc.o一同鏈接，生成arch/arm/boot/compressed/vmlinux。最后arch/arm/boot/Makefile將這個ELF格式的arch/arm/boot/compressed/vmlinux二進制化得到可被bootloader引導的映像文件zImage。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的刘庆敏 博客linux,Linux内核源码分析--zImage出生实录（Linux-3.0 ARMv7）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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