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Android Makefile and build system 分析与梳理

前言：预计未来一致两年内移动互联网将会有很大的发展，必将孕育很多的机会，而Google 推出的Android 手机操作系统无疑将是移动互联网中的明星。由于其是开源系统，很有必要对此进行深入研究。
         工欲善其事，必先利其器。Makefile无疑是打开系统架构的一扇窗户。但因Android的Makefile (build system)文件众多，架构复杂，分析起来较为困难。本文梳理了build system的大致脉络，希望对build system感兴趣的同学们有所帮助。

1.        Android Makefile & build system 概述
         Makefile文件用来告诉make命令需要怎么样的去编译和链接程序。在编译时，需要根据编译环境和编译目标选择编译工具，编译参数，以及选择编译安装哪些模块。同时Makefile 指定了构建目标所需的依赖性以及生成规则。 在Android中，主要的Makefile文件存在于build/core/目录下，它的表现形式为多个后缀为mk的文件组成，也称为build system。Android build system 主要有两大部分构成：配置部分，目标构建部分。Build system的主流程文件为build/core/main.mk文件。
        Android build system在设计中考虑了如下方面，具有良好的扩展性。
a)        增添子模块编译
b)        多CPU架构 –  ARM/PPC(maybe)/X86(maybe)
c)        多语言编译 – C/C++/Java
d)        多目标 – static lib/share lib/execute/Java/Java library
e)        多发布版本
       本文也将就围绕这些特性做进一步分析。

2.          Build system 配置部分
        配置部分主要完成以下几个工作：
a)        基于Android 产品的配置（product config）：选择构建安装的运行程序 (user package)
b)        设置target 等相关变量TARGET_ARCH, TARGET_OS, TARGET_BUILD_TYPE, TARGET_PREBUILT_TAG
c)        根据编译环境设置host等相关变量 HOST_OS, HOST_ARCH, HOST_BUILD_TYPE, HOST_PREBUILT_TAG
d)        编译target上运行程序所需的工具链及编译参数设置，如linux-arm-cc，cflag，include目录等。
e)        编译host上运行程序所需的工具链及编译参数设置。


        下图简要介绍了Android build system的配置部分的主要构成及相互关系。


多发布版本的支持

        Android 会被不同的厂商所采用，他们内置的packages(应用程序)相应也会有差别。AndroidProducts.mk文件即为Android build system提供给厂商的接口文件。通过此文件即可定义所需编译和安装的packages（也即应用程序）。缺省选项是generic。为了更容易的扩展，Android定义了基本package(core.mk)和通用package(generic.mk)，通用package包含基本package。同时Android还实现了一个继承函数（inherit-product）。通过继承通用package，可以很容易的配置所需编译和安装的package。

多CPU架构的扩展
        Config.mk文件中会设置combo_target为不同的变量，然后include select.mk文件。在select.mk文件中，会根据OS和CPU架构选择相应的mk文件，在这些相应的mk文件中，又定义了编译目标程序所需的工具链及编译参数。目前从combo目录下看，target上不支持PPC架构。但如果要想支持PPC架构的话，只需在combo目录下创建PPC的mk文件，在其中定义工具链和参数即可。



3.         build system 目标构建部分

        目标构建部分的主要工作就是选择所需构建的目标，确定它们所需依赖的目标，然后根据规则来构建最终的目标。说起来简单，可是在实际中就需要考虑很多问题了。
a) 作为一个设计优秀的Framework，如何方便的添加子模块？
b) 在Android系统中，有多种编程语言的存在，它们的编译工具各不相同。即使同一种语言，如C语言，也存在host 和target的差别，编译器也不同。如何选择不同的工具进行模块的构建？
c) 在Android系统中，存在不同种类的构建目标：有可执行文件，static library, dynamic library，java library，java。如何构建这些不同的目标？


      下图简要介绍了Android build system的构建部分的主要构成及相互关系



        在main.mk中，非常关键的一个步骤就是找到TOP目录下所有Android.mk文件，并include 它们。在Include的过程中，就会确定子模块的构建目标，类型，和规则。
        Android.mk就是build system提供给子模块的借口文件。Android.mk有下面几个关键词：
LOCAL_SRC_FILES – 指定模块的源文件
LOCAL_MODULE – 指定所需构建的目标名
include 构建类型对应的文件 – 例如想构建在target上运行的可执行文件，那就执行语句include $(BUILD_EXECUTABLE)。通过此语句可有如下结果：a) 指定构建目标的类型 b）确定构建此类型所需的工具及参数。
        通过定义自己的Android.mk文件，再修改上述等变量，即可轻松的把自身模块放入至build system中。

        Main.mk 文件471行： include $(subdir_makefiles)
        subdir_makefiles为TOP目录下所有Android.mk文件的集合。语句虽短，可确是整个build system中最为重要的一条语句。无论有多少子模块，无论构建模块的目标类型，无论它是什么语言所写，就这一条语句，完成了这些纷繁复杂的工作。

        是否似曾相识？Android.mk 就类似于build system提供的基类，LOCAL_MODULE，LOCAL_SRC_FILES，include构建类型文件等类似于基类提供的虚函数。通过继承基类(Android.mk)，重写虚函数（重新定义LOCAL_等变量），遍历子类集合调用虚函数（include $(subdir_makefiles)），完美的解决了本节开头的问题。为Android build system提供了良好的可扩展性。

后记：
        设计模式，架构并不仅存于OO的语言中(Java/C++)。即便如Makefile的类脚本语言，也可写出如此之架构。设计的思想在于人，而不取决于他所用的工具。