v59.04 鸿蒙内核源码分析(构建工具) | 顺瓜摸藤调试构建过程原创

鸿蒙内核源码分析

发布于 2021-11-3 08:26

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构建的必要性

前端开发有构建工具：Grunt、Gulp、Webpack
后台开发有构建工具: Maven、Ant、Gradle

构建工具重要性不言而喻,它描述了整个工程的如何编译、连接,打包等规则,其中包括：工程中的哪些源文件需要编译以及如何编译、需要创建那些库文件以及如何创建这些库文件、如何最后输出我们想要的文件。

鸿蒙轻内核(L1/liteos)的编译构建工具是hb,hb是ohos-build的简称, 而ohos又是openharmony os的简称.

hb | ohos-build

hb通过以下命令安装,是用 python写的一个构建工具.

python3 -m pip install --user ohos-build

其源码在 ./build/lite 目录下,含义如下:

build/lite
├── components                  # 组件描述文件
├── figures                     # readme中的图片
├── hb                          # hb pip安装包源码
│   ├── build                   # hb build 命令实现
│   ├── clean                   # hb clean 命令实现
│   ├── common                  # 通用类, 提供 Device,Config,Product,utils 类
│   ├── cts                     # hb cts 命令实现
│   ├── deps                    # hb deps 命令实现
│   ├── env                     # hb env 命令实现
│   ├── set                     # hb set 命令实现
├── make_rootfs                 # 文件系统镜像制作脚本
├── config                      # 编译配置项
│   ├── component               # 组件相关的模板定义
│   ├── kernel                  # 内核相关的编译配置
│   └── subsystem               # 子系统编译配置
├── platform                    # ld脚本
├── testfwk                     # 测试编译框架
└── toolchain                   # 编译工具链配置，包括：编译器路径、编译选项、链接选项等

构建组成

鸿蒙构建系统由 python, gn, ninja, makefile几个部分组成,每个部分都有自己的使命,干自己最擅长的活.

python : 胶水语言,最擅长的是对参数,环境变量,文件操作,它任务是做好编译前的准备工作和为gn收集命令参数.不用python直接用gn行不行? 也行,但很麻烦.比如:直接使用下面的命令行也可以生成 .ninja文件,最后的效果是一样的.但相比只使用 hb build 哪个更香, hb build也会生成下面这一坨坨, 但怎么来是python的强项.

/home/tools/gn gen /home/openharmony/code-v1.1.1-LTS/out/hispark_aries/ipcamera_hispark_aries \
--root=/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS \
--dotfile=/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS/build/lite/.gn \
--script-executable=python3 \
'--args=ohos_build_type="debug" ohos_build_compiler_specified="clang" ohos_build_compiler_dir="/home/tools/llvm" product_path="/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS/vendor/hisilicon/hispark_aries" device_path="/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS/device/hisilicon/hispark_aries/sdk_liteos" ohos_kernel_type="liteos_a" enable_ohos_appexecfwk_feature_ability = false ohos_full_compile=true'

图为绕过hb python部分直接执行gn gen 的结果:
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gn : 类似构建界的高级语言,gn和ninja的关系有点像C和汇编语言的关系,与它对标的是cmake,它的作用是生成.ninja文件,不用gn直接用ninja行不行? 也行,但更麻烦.就跟全用汇编写鸿蒙系统一样,理论上可行,可谁会这么去干呢.
ninja:类似构建界的汇编语言,与它对标的是make,由它完成对编译器clang,链接器ld的使用.
makefile:鸿蒙有些模块用的还是make编译, 听说后面会统一使用ninja,是不是以后就看不到make文件了,目前是还有大量的make存在.

如何调试 hb

推荐使用vscode来调试,在调试面板点击 create a launch.json file创建调试文件,复制以下内容就可以调试hb了.

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {// hb set 
            "name": "hb set",
            "type": "python",
            "request": "launch",
            "program": "./build/lite/hb/__main__.py",
            "console": "integratedTerminal",
            "args": ["set"],
            "stopOnEntry": true
        },
        {//hb build
            "name": "hb build debug",
            "type": "python",
            "request": "launch",
            "program": "./build/lite/hb/__main__.py",
            "console": "integratedTerminal",
            "args": ["build"],
            "stopOnEntry": true
        },
        {//hb clean
            "name": "hb clean",
            "type": "python",
            "request": "launch",
            "program": "./build/lite/hb/__main__.py",
            "console": "integratedTerminal",
            "args": ["clean"],
            "stopOnEntry": true
        },
    ]
}

构建流程

编译构建流程图所示，主要分设置和编译两步：
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本篇调试图中的 hb set | hb build 两个命令

hb set | 选择项目

源码见于: ./build/lite/hb/set/set.py
hb set执行的大致流程是这样的:

你可以在任何目录下执行hb set, 它尝试读取当前目录下的 ohos_config.json配置文件,如果没有会让你输入代码的路径
```
[OHOS INFO] Input code path: 
```
也就是源码根目录, 生成ohos_config.json配置文件,配置内容项是固定的,由Config类管理.

可以在以下位置打上断点调试 set命令,跟踪整个过程.

def exec_command(args):
    if args.root_path is not None:  
        return set_root_path(root_path=args.root_path)

    if args.product:
        return set_product()

    return set_root_path() == 0 and set_product() == 0

图为断点调试现场

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最后生成的配置文件如下:

  {
  "root_path": "/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS",
  "board": "hispark_aries",
  "kernel": "liteos_a",
  "product": "ipcamera_hispark_aries",
  "product_path": "/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS/vendor/hisilicon/hispark_aries",
  "device_path": "/home/openharmony/code-v1.1.1-LTS/device/hisilicon/hispark_aries/sdk_liteos",
  "patch_cache": null
  }

有了这些路径就为后续 hb build 铺好了路.

hb build | 编译项目

源码见于: ./build/lite/hb/build/*.py
建议大家去调试下源码,非常有意思,能看清楚所有的细节.本篇将编译工具中重要代码都加上了注解.
也可以前往 weharmony | 注解鸿蒙编译工具查看对其的代码注释工程.

总体步骤是分两步:

调用 gn_build 使用 gn gen生成 *.ninja 文件
调用 ninja_build 使用 ninja -w dupbuild=warn -C 生成 *.o *.so *.bin 等最后的文件

gn_build

关于gn的资料可以前往 GN参考手册查看.
具体gn是如何生成.ninja文件的,后续有篇幅详细介绍其语法及在鸿蒙中的使用.

    #执行gn编译
    def gn_build(self, cmd_args):
        # Clean out path
        remove_path(self.config.out_path) #先删除out目录
        makedirs(self.config.out_path)    #创建out目录

        # Gn cmd init and execute ,生成 build.ninja, args.gn
        gn_path = self.config.gn_path
        gn_args = cmd_args.get('gn', [])
        gn_cmd = [gn_path,#gn的安装路径 ~/gn
                  'gen',
                  self.config.out_path, #/home/openharmony/out/hispark_aries/ipcamera_hispark_aries
                  '--root={}'.format(self.config.root_path), #项目的根例如:/home/openharmony
                  '--dotfile={}/.gn'.format(self.config.build_path),#/home/openharmony/build/lite/.gn -> root = "//build/lite"
                  f'--script-executable={sys.executable}',#python3
                  '--args={}'.format(" ".join(self._args_list))] + gn_args         
        #   ohos_build_type="debug"
        #   ohos_build_compiler_specified="clang"
        #   ohos_build_compiler_dir="/root/llvm"
        #   product_path="/home/openharmony/vendor/hisilicon/hispark_aries"
        #   device_path="/home/openharmony/device/hisilicon/hispark_aries/sdk_liteos"
        #   ohos_kernel_type="liteos_a" 
        #   enable_ohos_appexecfwk_feature_ability = false
        #   ohos_full_compile=true' 
        #   这些参数也将在exec_command后保存在 args.gn文件中
        exec_command(gn_cmd, log_path=self.config.log_path)#执行 gn gen .. 命令,在./out/hispark_aries/ipcamera_hispark_aries目录下生成如下文件 
        #   obj 子编译项生成的 ninja文件目录,例如:obj/base/global/resmgr_lite/frameworks/resmgr_lite/global_resmgr.ninja
        #   args.gn 各种参数, ohos_build_type="debug" ...
        #   build.ninja 子编译项 例如: build aa: phony dev_tools/bin/aa
        #   build.ninja.d 由那些模块产生的子编译项 例如:../../../base/global/resmgr_lite/frameworks/resmgr_lite/BUILD.gn
        #   toolchain.ninja 工具链 放置了各种编译/链接规则 rule cxx rule alink

ninja_build

关于ninja 的资料可以前往 ninja 参考手册查看.
具体ninja是如何运行的,后续有篇幅详细介绍其语法及在鸿蒙中的使用.

    # ninja 编译过程
    def ninja_build(self, cmd_args):
        ninja_path = self.config.ninja_path

        ninja_args = cmd_args.get('ninja', [])
        ninja_cmd = [ninja_path,
                     '-w',
                     'dupbuild=warn',
                     '-C',
                     self.config.out_path] + ninja_args
        # ninja -w dupbuild=warn -C /home/openharmony/out/hispark_aries/ipcamera_hispark_aries 
        # 将读取gn生成的文件,完成编译的第二步,最终编译成 .o .bin 文件
        exec_command(ninja_cmd, log_path=self.config.log_path, log_filter=True)
        #生成以下部分文件 
        #NOTICE_FILE     OHOS_Image.bin  bin          build.ninja             config     etc             libs              obj               server.map  test_info             userfs
        #OHOS_Image      OHOS_Image.map  bm_tool.map  build.ninja.d           data       foundation.map  liteos.bin        rootfs.tar        suites      toggleButtonTest.map  userfs_jffs2.img
        #OHOS_Image.asm  args.gn         build.log    bundle_daemon_tool.map  dev_tools  gen             media_server.map  rootfs_jffs2.img  test        toolchain.ninja       vendor

exec_command | utils.py

gn_build 和 ninja_build 最后都会调用 exec_command来执行命令,exec_command是个通用方法,见于
build/lite/hb/common/utils.py,调试时建议在这里打断点,顺瓜摸藤,跟踪相关函数的实现细节.

def exec_command(cmd, log_path='out/build.log', **kwargs):
    useful_info_pattern = re.compile(r'\[\d+/\d+\].+')
    is_log_filter = kwargs.pop('log_filter', False)

    with open(log_path, 'at', encoding='utf-8') as log_file:
        process = subprocess.Popen(cmd,
                                   stdout=subprocess.PIPE,
                                   stderr=subprocess.PIPE,
                                   encoding='utf-8',
                                   **kwargs)
        for line in iter(process.stdout.readline, ''):
            if is_log_filter:
                info = re.findall(useful_info_pattern, line)
                if len(info):
                    hb_info(info[0])
            else:
                hb_info(line)
            log_file.write(line)

    process.wait()
    ret_code = process.returncode

    if ret_code != 0:
        with open(log_path, 'at', encoding='utf-8') as log_file:
            for line in iter(process.stderr.readline, ''):
                if 'ninja: warning' in line:
                    log_file.write(line)
                    continue
                hb_error(line)
                log_file.write(line)

        if is_log_filter:
            get_failed_log(log_path)

        hb_error('you can check build log in {}'.format(log_path))
        if isinstance(cmd, list):
            cmd = ' '.join(cmd)
        raise Exception("{} failed, return code is {}".format(cmd, ret_code))

图为断点调试现场

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百篇博客分析.深挖内核地基

给鸿蒙内核源码加注释过程中，整理出以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。　😛
与代码有bug需不断debug一样，文章和注解内容会存在不少错漏之处，请多包涵，但会反复修正，持续更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次数，精雕细琢，言简意赅，力求打造精品内容。

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