Merge tag 'trace-printf-v6.13' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/trace...
[drm/drm-misc.git] / Documentation / kbuild / modules.rst
blob101de236cd0c9abe1f5684d80063ff3f9a7fc673
1 =========================
2 Building External Modules
3 =========================
5 This document describes how to build an out-of-tree kernel module.
7 Introduction
8 ============
10 "kbuild" is the build system used by the Linux kernel. Modules must use
11 kbuild to stay compatible with changes in the build infrastructure and
12 to pick up the right flags to the compiler. Functionality for building modules
13 both in-tree and out-of-tree is provided. The method for building
14 either is similar, and all modules are initially developed and built
15 out-of-tree.
17 Covered in this document is information aimed at developers interested
18 in building out-of-tree (or "external") modules. The author of an
19 external module should supply a makefile that hides most of the
20 complexity, so one only has to type "make" to build the module. This is
21 easily accomplished, and a complete example will be presented in
22 section `Creating a Kbuild File for an External Module`_.
25 How to Build External Modules
26 =============================
28 To build external modules, you must have a prebuilt kernel available
29 that contains the configuration and header files used in the build.
30 Also, the kernel must have been built with modules enabled. If you are
31 using a distribution kernel, there will be a package for the kernel you
32 are running provided by your distribution.
34 An alternative is to use the "make" target "modules_prepare." This will
35 make sure the kernel contains the information required. The target
36 exists solely as a simple way to prepare a kernel source tree for
37 building external modules.
39 NOTE: "modules_prepare" will not build Module.symvers even if
40 CONFIG_MODVERSIONS is set; therefore, a full kernel build needs to be
41 executed to make module versioning work.
43 Command Syntax
44 --------------
46         The command to build an external module is::
48                 $ make -C <path_to_kernel_dir> M=$PWD
50         The kbuild system knows that an external module is being built
51         due to the "M=<dir>" option given in the command.
53         To build against the running kernel use::
55                 $ make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$PWD
57         Then to install the module(s) just built, add the target
58         "modules_install" to the command::
60                 $ make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$PWD modules_install
62         Starting from Linux 6.13, you can use the -f option instead of -C. This
63         will avoid unnecessary change of the working directory. The external
64         module will be output to the directory where you invoke make.
66                 $ make -f /lib/modules/`uname -r`/build/Makefile M=$PWD
68 Options
69 -------
71         ($KDIR refers to the path of the kernel source directory, or the path
72         of the kernel output directory if the kernel was built in a separate
73         build directory.)
75         You can optionally pass MO= option if you want to build the modules in
76         a separate directory.
78         make -C $KDIR M=$PWD [MO=$BUILD_DIR]
80         -C $KDIR
81                 The directory that contains the kernel and relevant build
82                 artifacts used for building an external module.
83                 "make" will actually change to the specified directory
84                 when executing and will change back when finished.
86         M=$PWD
87                 Informs kbuild that an external module is being built.
88                 The value given to "M" is the absolute path of the
89                 directory where the external module (kbuild file) is
90                 located.
92         MO=$BUILD_DIR
93                 Specifies a separate output directory for the external module.
95 Targets
96 -------
98         When building an external module, only a subset of the "make"
99         targets are available.
101         make -C $KDIR M=$PWD [target]
103         The default will build the module(s) located in the current
104         directory, so a target does not need to be specified. All
105         output files will also be generated in this directory. No
106         attempts are made to update the kernel source, and it is a
107         precondition that a successful "make" has been executed for the
108         kernel.
110         modules
111                 The default target for external modules. It has the
112                 same functionality as if no target was specified. See
113                 description above.
115         modules_install
116                 Install the external module(s). The default location is
117                 /lib/modules/<kernel_release>/updates/, but a prefix may
118                 be added with INSTALL_MOD_PATH (discussed in section
119                 `Module Installation`_).
121         clean
122                 Remove all generated files in the module directory only.
124         help
125                 List the available targets for external modules.
127 Building Separate Files
128 -----------------------
130         It is possible to build single files that are part of a module.
131         This works equally well for the kernel, a module, and even for
132         external modules.
134         Example (The module foo.ko, consist of bar.o and baz.o)::
136                 make -C $KDIR M=$PWD bar.lst
137                 make -C $KDIR M=$PWD baz.o
138                 make -C $KDIR M=$PWD foo.ko
139                 make -C $KDIR M=$PWD ./
142 Creating a Kbuild File for an External Module
143 =============================================
145 In the last section we saw the command to build a module for the
146 running kernel. The module is not actually built, however, because a
147 build file is required. Contained in this file will be the name of
148 the module(s) being built, along with the list of requisite source
149 files. The file may be as simple as a single line::
151         obj-m := <module_name>.o
153 The kbuild system will build <module_name>.o from <module_name>.c,
154 and, after linking, will result in the kernel module <module_name>.ko.
155 The above line can be put in either a "Kbuild" file or a "Makefile."
156 When the module is built from multiple sources, an additional line is
157 needed listing the files::
159         <module_name>-y := <src1>.o <src2>.o ...
161 NOTE: Further documentation describing the syntax used by kbuild is
162 located in Documentation/kbuild/makefiles.rst.
164 The examples below demonstrate how to create a build file for the
165 module 8123.ko, which is built from the following files::
167         8123_if.c
168         8123_if.h
169         8123_pci.c
171 Shared Makefile
172 ---------------
174         An external module always includes a wrapper makefile that
175         supports building the module using "make" with no arguments.
176         This target is not used by kbuild; it is only for convenience.
177         Additional functionality, such as test targets, can be included
178         but should be filtered out from kbuild due to possible name
179         clashes.
181         Example 1::
183                 --> filename: Makefile
184                 ifneq ($(KERNELRELEASE),)
185                 # kbuild part of makefile
186                 obj-m  := 8123.o
187                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o
189                 else
190                 # normal makefile
191                 KDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
193                 default:
194                         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$$PWD
196                 endif
198         The check for KERNELRELEASE is used to separate the two parts
199         of the makefile. In the example, kbuild will only see the two
200         assignments, whereas "make" will see everything except these
201         two assignments. This is due to two passes made on the file:
202         the first pass is by the "make" instance run on the command
203         line; the second pass is by the kbuild system, which is
204         initiated by the parameterized "make" in the default target.
206 Separate Kbuild File and Makefile
207 ---------------------------------
209         Kbuild will first look for a file named "Kbuild", and if it is not
210         found, it will then look for "Makefile". Utilizing a "Kbuild" file
211         allows us to split up the "Makefile" from example 1 into two files:
213         Example 2::
215                 --> filename: Kbuild
216                 obj-m  := 8123.o
217                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o
219                 --> filename: Makefile
220                 KDIR ?= /lib/modules/`uname -r`/build
222                 default:
223                         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$$PWD
225         The split in example 2 is questionable due to the simplicity of
226         each file; however, some external modules use makefiles
227         consisting of several hundred lines, and here it really pays
228         off to separate the kbuild part from the rest.
230         Linux 6.13 and later support another way. The external module Makefile
231         can include the kernel Makefile directly, rather than invoking sub Make.
233         Example 3::
235                 --> filename: Kbuild
236                 obj-m  := 8123.o
237                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o
239                 --> filename: Makefile
240                 KDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
241                 export KBUILD_EXTMOD := $(realpath $(dir $(lastword $(MAKEFILE_LIST))))
242                 include $(KDIR)/Makefile
245 Building Multiple Modules
246 -------------------------
248         kbuild supports building multiple modules with a single build
249         file. For example, if you wanted to build two modules, foo.ko
250         and bar.ko, the kbuild lines would be::
252                 obj-m := foo.o bar.o
253                 foo-y := <foo_srcs>
254                 bar-y := <bar_srcs>
256         It is that simple!
259 Include Files
260 =============
262 Within the kernel, header files are kept in standard locations
263 according to the following rule:
265         * If the header file only describes the internal interface of a
266           module, then the file is placed in the same directory as the
267           source files.
268         * If the header file describes an interface used by other parts
269           of the kernel that are located in different directories, then
270           the file is placed in include/linux/.
272           NOTE:
273               There are two notable exceptions to this rule: larger
274               subsystems have their own directory under include/, such as
275               include/scsi; and architecture specific headers are located
276               under arch/$(SRCARCH)/include/.
278 Kernel Includes
279 ---------------
281         To include a header file located under include/linux/, simply
282         use::
284                 #include <linux/module.h>
286         kbuild will add options to the compiler so the relevant directories
287         are searched.
289 Single Subdirectory
290 -------------------
292         External modules tend to place header files in a separate
293         include/ directory where their source is located, although this
294         is not the usual kernel style. To inform kbuild of the
295         directory, use either ccflags-y or CFLAGS_<filename>.o.
297         Using the example from section 3, if we moved 8123_if.h to a
298         subdirectory named include, the resulting kbuild file would
299         look like::
301                 --> filename: Kbuild
302                 obj-m := 8123.o
304                 ccflags-y := -I $(src)/include
305                 8123-y := 8123_if.o 8123_pci.o
307 Several Subdirectories
308 ----------------------
310         kbuild can handle files that are spread over several directories.
311         Consider the following example::
313                 .
314                 |__ src
315                 |   |__ complex_main.c
316                 |   |__ hal
317                 |       |__ hardwareif.c
318                 |       |__ include
319                 |           |__ hardwareif.h
320                 |__ include
321                 |__ complex.h
323         To build the module complex.ko, we then need the following
324         kbuild file::
326                 --> filename: Kbuild
327                 obj-m := complex.o
328                 complex-y := src/complex_main.o
329                 complex-y += src/hal/hardwareif.o
331                 ccflags-y := -I$(src)/include
332                 ccflags-y += -I$(src)/src/hal/include
334         As you can see, kbuild knows how to handle object files located
335         in other directories. The trick is to specify the directory
336         relative to the kbuild file's location. That being said, this
337         is NOT recommended practice.
339         For the header files, kbuild must be explicitly told where to
340         look. When kbuild executes, the current directory is always the
341         root of the kernel tree (the argument to "-C") and therefore an
342         absolute path is needed. $(src) provides the absolute path by
343         pointing to the directory where the currently executing kbuild
344         file is located.
347 Module Installation
348 ===================
350 Modules which are included in the kernel are installed in the
351 directory:
353         /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/kernel/
355 And external modules are installed in:
357         /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/updates/
359 INSTALL_MOD_PATH
360 ----------------
362         Above are the default directories but as always some level of
363         customization is possible. A prefix can be added to the
364         installation path using the variable INSTALL_MOD_PATH::
366                 $ make INSTALL_MOD_PATH=/frodo modules_install
367                 => Install dir: /frodo/lib/modules/$(KERNELRELEASE)/kernel/
369         INSTALL_MOD_PATH may be set as an ordinary shell variable or,
370         as shown above, can be specified on the command line when
371         calling "make." This has effect when installing both in-tree
372         and out-of-tree modules.
374 INSTALL_MOD_DIR
375 ---------------
377         External modules are by default installed to a directory under
378         /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/updates/, but you may wish to
379         locate modules for a specific functionality in a separate
380         directory. For this purpose, use INSTALL_MOD_DIR to specify an
381         alternative name to "updates."::
383                 $ make INSTALL_MOD_DIR=gandalf -C $KDIR \
384                        M=$PWD modules_install
385                 => Install dir: /lib/modules/$(KERNELRELEASE)/gandalf/
388 Module Versioning
389 =================
391 Module versioning is enabled by the CONFIG_MODVERSIONS tag, and is used
392 as a simple ABI consistency check. A CRC value of the full prototype
393 for an exported symbol is created. When a module is loaded/used, the
394 CRC values contained in the kernel are compared with similar values in
395 the module; if they are not equal, the kernel refuses to load the
396 module.
398 Module.symvers contains a list of all exported symbols from a kernel
399 build.
401 Symbols From the Kernel (vmlinux + modules)
402 -------------------------------------------
404         During a kernel build, a file named Module.symvers will be
405         generated. Module.symvers contains all exported symbols from
406         the kernel and compiled modules. For each symbol, the
407         corresponding CRC value is also stored.
409         The syntax of the Module.symvers file is::
411                 <CRC>       <Symbol>         <Module>                         <Export Type>     <Namespace>
413                 0xe1cc2a05  usb_stor_suspend drivers/usb/storage/usb-storage  EXPORT_SYMBOL_GPL USB_STORAGE
415         The fields are separated by tabs and values may be empty (e.g.
416         if no namespace is defined for an exported symbol).
418         For a kernel build without CONFIG_MODVERSIONS enabled, the CRC
419         would read 0x00000000.
421         Module.symvers serves two purposes:
423         1) It lists all exported symbols from vmlinux and all modules.
424         2) It lists the CRC if CONFIG_MODVERSIONS is enabled.
426 Symbols and External Modules
427 ----------------------------
429         When building an external module, the build system needs access
430         to the symbols from the kernel to check if all external symbols
431         are defined. This is done in the MODPOST step. modpost obtains
432         the symbols by reading Module.symvers from the kernel source
433         tree. During the MODPOST step, a new Module.symvers file will be
434         written containing all exported symbols from that external module.
436 Symbols From Another External Module
437 ------------------------------------
439         Sometimes, an external module uses exported symbols from
440         another external module. Kbuild needs to have full knowledge of
441         all symbols to avoid spitting out warnings about undefined
442         symbols. Two solutions exist for this situation.
444         NOTE: The method with a top-level kbuild file is recommended
445         but may be impractical in certain situations.
447         Use a top-level kbuild file
448                 If you have two modules, foo.ko and bar.ko, where
449                 foo.ko needs symbols from bar.ko, you can use a
450                 common top-level kbuild file so both modules are
451                 compiled in the same build. Consider the following
452                 directory layout::
454                         ./foo/ <= contains foo.ko
455                         ./bar/ <= contains bar.ko
457                 The top-level kbuild file would then look like::
459                         #./Kbuild (or ./Makefile):
460                                 obj-m := foo/ bar/
462                 And executing::
464                         $ make -C $KDIR M=$PWD
466                 will then do the expected and compile both modules with
467                 full knowledge of symbols from either module.
469         Use "make" variable KBUILD_EXTRA_SYMBOLS
470                 If it is impractical to add a top-level kbuild file,
471                 you can assign a space separated list
472                 of files to KBUILD_EXTRA_SYMBOLS in your build file.
473                 These files will be loaded by modpost during the
474                 initialization of its symbol tables.
477 Tips & Tricks
478 =============
480 Testing for CONFIG_FOO_BAR
481 --------------------------
483         Modules often need to check for certain `CONFIG_` options to
484         decide if a specific feature is included in the module. In
485         kbuild this is done by referencing the `CONFIG_` variable
486         directly::
488                 #fs/ext2/Makefile
489                 obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
491                 ext2-y := balloc.o bitmap.o dir.o
492                 ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o