操作系统开发番外篇(1)——make和makefile

发布于 2022-07-31  35 次阅读

我可真是太喜欢操作系统开发这个系列了 :eileen_love: :eileen_love: :eileen_love:

这一部分本来是写在第三章里面的，不过后来发现make工具需要介绍的内容还挺多的，就单独拿出来做个番外篇罢。
我打算在番外篇里面写一些与操作系统开发主线关联性不太强，但是又需要用到的知识，这部分知识可能有同学已经会用了，就可以直接跳过番外篇看正文咯。

make工具可以按照编写的规则来进行自动化的编译和链接，在使用make的时候需要编写和提供makefile(规则文件)，下面先简单介绍一下makefile的语法。

基本规则格式

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
# 在makefile当中，使用"#"进行注释
# 对于一般编译规则，有如下结构：
目标... : 依赖文件集合...
    命令1
    命令2
    ......
# 需要注意的是，上方的结构每个命令前均有tab缩进
# 静态模式的规则格式如：
<targets...> : <target-pattern> : <prereq-patterns...>
    命令1
    命令2
    ......
# 例：
# bootloader
bin/boot.bin : bootloader/boot.asm
    nasm $< -o $@ $(INCLUDE)
bin/loader.bin : bootloader/loader.asm
    nasm $< -o $@ $(INCLUDE)
# 在上面两个例子中，分别表示通过bootloader/boot.asm生成bin/boot.bin，以及通过bootloader/loader.asm生成bin/loader.bin
# 下面的nasm $< -o $@ $(INCLUDE)即是生成过程中所使用的指令
# 在指令中出现了一些莫名其妙的符号，后续会详细解释

变量及相关操作符

在Makefile中，变量都是存储的字符串，一般程序语言里面的变量赋值都是用“=”，makefile也是一样。不过不同的是，不仅仅只有等号，makefile还有下面几个操作符：

  • "="：只有一个等号，表示使用变量最后一次定义的有效值，与大多数程序语言的使用方法相同。
  • ":="：冒号加等号，表示使用变量最前面定义的有效值。
  • "?="：问号加等号，表示如果前面没有被赋值，则使用当前值，否则使用前面所赋的值。
  • "+="：加号加等号，表示变量追加，在已经定义的变量后面追加新的变量，这一个用法与很多程序语言(如Python)类似。

在使用变量时，需要按照类似$(变量名)这样的格式进行调用，同时，变量的值也可以指向另一个变量，如：v1 = $(v2)。

内置变量

在makefile中，有一些内置变量可以直接进行调用，详细有哪些内置变量可以在这里找到。

自动变量

在介绍自动变量以前，还是先来看一段示例代码：

1
2
3
4
5
6
7
# 其实这一段代码和上面基本规则格式那一段是一样的
INCLUDE = -I include
# bootloader
bin/boot.bin : bootloader/boot.asm
    nasm $< -o $@ $(INCLUDE)
bin/loader.bin : bootloader/loader.asm
    nasm $< -o $@ $(INCLUDE)

在上面的代码中，出现了刚才介绍过的变量，即$(INCLUDE)，但同时还出现了几个我们不认识的符号，比如$<和$@。这两个符号其实也是变量，而且是自动变量。

  1. $@：指代当前目标(构建目标)，在上面的示例代码中分别为bin/boot.bin和bin/loader.bin，即(其中一句)指令实际上是nasm $< -o bin/boot.bin -I include。
  2. $<：指代第一个前置条件，在上面的示例代码中分别为bootloader/boot.asm和bootloader/loader.asm(注意，只指定第一个，也就是说即便boot.asm后面跟了其他内容或文件，也只表示boot.asm)，即(其中一句)指令实际上是nasm bootloader/boot.asm -o bin/boot.bin -I include。
  3. $?：指代目标更新的所有前置条件，比如某个编译规则如：bin/loader.bin : bootloader/loader.asm bootloader/loader_new.asm，此时$?仅指代bootloader/loader_new.asm，因为这个条件是最新的。
  4. $^：指代所有前置条件，还是以上一个规则为例，此时$^指代的就是bootloader/loader.asm bootloader/loader_new.asm。
  5. $+：指代所有前置条件，且不去除重合，这个变量与$^类似，唯一区别是在指代是不会去除重合部分。
  6. $*：指代目标模式中”%“及其之前的部分，例：某个编译规则的目标为dir/a.foo.b，目标规则为a.%.b，则$*匹配dir/a.foo
  7. $(@D) 和 $(@F)：这两个变量分别指向$@的目录名和文件名，例：当$@表示bin/boot.bin时，$(@D)表示bin， $(@F)表示boot.bin。
  8. $(<D) 和 $(<F)：可以结合第2条和第7条来猜一猜这两个变量的使用方法，这里就不多说了。

通配符

makefile的通配符和bash一样，比如*、?、...等。

更加高级的用法

这一部分的用法会比较少接触到，或者是开发后期才会接触到，建议有需要使用到的时候再详细学习。

回声

一般情况下，make会将执行的每条指令先打印出来，再执行，如下：

1
2
3
4
INCLUDE = -I include
bin/boot.bin : bootloader/boot.asm
    # 这里有一句注释
    nasm $< -o $@ $(INCLUDE)

上述规则在执行时，会得到以下结果：

1
2
# 这里有一句注释
nasm $< -o $@ $(INCLUDE)

如果我们不希望在命令执行时将其内容打印出来，可以在前面加@进行屏蔽，例如将上面的第4行修改为@# 这里有一句注释，此时这句注释就不会被打印出来，但是nasm $< -o $@ $(INCLUDE)仍会被打印出来。

条件判断

makefile支持条件判断，使用方法如下：

1
2
3
4
5
ifeq ($(CC),gcc)
    libs=$(libs_for_gcc)
else
    libs=$(normal_libs)
endif

上面代码判断当前编译器是否 gcc ，然后指定不同的库文件。

循环

makefile支持循环结构，使用方法如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
LIST = one two three
all:
    for i in $(LIST); do \
        echo $$i; \
    done

# 等同于

all:
    for i in one two three; do \
        echo $i; \
    done

上面的代码运行结果为：

1
2
3
one
two
three

函数

makefile中同样支持函数封装，但我们的开发中暂时用不上，后续有需要再进行补充吧。 :ava_bitipop:

学而不思则罔，思而不学则殆