configure: improve error for ucontext coroutine backend
[qemu.git] / docs / devel / build-system.rst
blob1894721743406bb80f06ec506ad667f006e2ce86
1 ==================================
2 The QEMU build system architecture
3 ==================================
5 This document aims to help developers understand the architecture of the
6 QEMU build system. As with projects using GNU autotools, the QEMU build
7 system has two stages, first the developer runs the "configure" script
8 to determine the local build environment characteristics, then they run
9 "make" to build the project. There is about where the similarities with
10 GNU autotools end, so try to forget what you know about them.
13 Stage 1: configure
14 ==================
16 The QEMU configure script is written directly in shell, and should be
17 compatible with any POSIX shell, hence it uses #!/bin/sh. An important
18 implication of this is that it is important to avoid using bash-isms on
19 development platforms where bash is the primary host.
21 In contrast to autoconf scripts, QEMU's configure is expected to be
22 silent while it is checking for features. It will only display output
23 when an error occurs, or to show the final feature enablement summary
24 on completion.
26 Because QEMU uses the Meson build system under the hood, only VPATH
27 builds are supported.  There are two general ways to invoke configure &
28 perform a build:
30  - VPATH, build artifacts outside of QEMU source tree entirely::
32      cd ../
33      mkdir build
34      cd build
35      ../qemu/configure
36      make
38  - VPATH, build artifacts in a subdir of QEMU source tree::
40      mkdir build
41      cd build
42      ../configure
43      make
45 The configure script automatically recognizes
46 command line options for which a same-named Meson option exists;
47 dashes in the command line are replaced with underscores.
49 Many checks on the compilation environment are still found in configure
50 rather than ``meson.build``, but new checks should be added directly to
51 ``meson.build``.
53 Patches are also welcome to move existing checks from the configure
54 phase to ``meson.build``.  When doing so, ensure that ``meson.build`` does
55 not use anymore the keys that you have removed from ``config-host.mak``.
56 Typically these will be replaced in ``meson.build`` by boolean variables,
57 ``get_option('optname')`` invocations, or ``dep.found()`` expressions.
58 In general, the remaining checks have little or no interdependencies,
59 so they can be moved one by one.
61 Helper functions
62 ----------------
64 The configure script provides a variety of helper functions to assist
65 developers in checking for system features:
67 ``do_cc $ARGS...``
68    Attempt to run the system C compiler passing it $ARGS...
70 ``do_cxx $ARGS...``
71    Attempt to run the system C++ compiler passing it $ARGS...
73 ``compile_object $CFLAGS``
74    Attempt to compile a test program with the system C compiler using
75    $CFLAGS. The test program must have been previously written to a file
76    called $TMPC.  The replacement in Meson is the compiler object ``cc``,
77    which has methods such as ``cc.compiles()``,
78    ``cc.check_header()``, ``cc.has_function()``.
80 ``compile_prog $CFLAGS $LDFLAGS``
81    Attempt to compile a test program with the system C compiler using
82    $CFLAGS and link it with the system linker using $LDFLAGS. The test
83    program must have been previously written to a file called $TMPC.
84    The replacement in Meson is ``cc.find_library()`` and ``cc.links()``.
86 ``has $COMMAND``
87    Determine if $COMMAND exists in the current environment, either as a
88    shell builtin, or executable binary, returning 0 on success.  The
89    replacement in Meson is ``find_program()``.
91 ``check_define $NAME``
92    Determine if the macro $NAME is defined by the system C compiler
94 ``check_include $NAME``
95    Determine if the include $NAME file is available to the system C
96    compiler.  The replacement in Meson is ``cc.has_header()``.
98 ``write_c_skeleton``
99    Write a minimal C program main() function to the temporary file
100    indicated by $TMPC
102 ``error_exit $MESSAGE $MORE...``
103    Print $MESSAGE to stderr, followed by $MORE... and then exit from the
104    configure script with non-zero status
106 ``query_pkg_config $ARGS...``
107    Run pkg-config passing it $ARGS. If QEMU is doing a static build,
108    then --static will be automatically added to $ARGS
111 Stage 2: Meson
112 ==============
114 The Meson build system is currently used to describe the build
115 process for:
117 1) executables, which include:
119    - Tools - ``qemu-img``, ``qemu-nbd``, ``qga`` (guest agent), etc
121    - System emulators - ``qemu-system-$ARCH``
123    - Userspace emulators - ``qemu-$ARCH``
125    - Unit tests
127 2) documentation
129 3) ROMs, which can be either installed as binary blobs or compiled
131 4) other data files, such as icons or desktop files
133 All executables are built by default, except for some ``contrib/``
134 binaries that are known to fail to build on some platforms (for example
135 32-bit or big-endian platforms).  Tests are also built by default,
136 though that might change in the future.
138 The source code is highly modularized, split across many files to
139 facilitate building of all of these components with as little duplicated
140 compilation as possible. Using the Meson "sourceset" functionality,
141 ``meson.build`` files group the source files in rules that are
142 enabled according to the available system libraries and to various
143 configuration symbols.  Sourcesets belong to one of four groups:
145 Subsystem sourcesets:
146   Various subsystems that are common to both tools and emulators have
147   their own sourceset, for example ``block_ss`` for the block device subsystem,
148   ``chardev_ss`` for the character device subsystem, etc.  These sourcesets
149   are then turned into static libraries as follows::
151     libchardev = static_library('chardev', chardev_ss.sources(),
152                                 name_suffix: 'fa',
153                                 build_by_default: false)
155     chardev = declare_dependency(link_whole: libchardev)
157   As of Meson 0.55.1, the special ``.fa`` suffix should be used for everything
158   that is used with ``link_whole``, to ensure that the link flags are placed
159   correctly in the command line.
161 Target-independent emulator sourcesets:
162   Various general purpose helper code is compiled only once and
163   the .o files are linked into all output binaries that need it.
164   This includes error handling infrastructure, standard data structures,
165   platform portability wrapper functions, etc.
167   Target-independent code lives in the ``common_ss``, ``softmmu_ss`` and
168   ``user_ss`` sourcesets.  ``common_ss`` is linked into all emulators,
169   ``softmmu_ss`` only in system emulators, ``user_ss`` only in user-mode
170   emulators.
172   Target-independent sourcesets must exercise particular care when using
173   ``if_false`` rules.  The ``if_false`` rule will be used correctly when linking
174   emulator binaries; however, when *compiling* target-independent files
175   into .o files, Meson may need to pick *both* the ``if_true`` and
176   ``if_false`` sides to cater for targets that want either side.  To
177   achieve that, you can add a special rule using the ``CONFIG_ALL``
178   symbol::
180     # Some targets have CONFIG_ACPI, some don't, so this is not enough
181     softmmu_ss.add(when: 'CONFIG_ACPI', if_true: files('acpi.c'),
182                                         if_false: files('acpi-stub.c'))
184     # This is required as well:
185     softmmu_ss.add(when: 'CONFIG_ALL', if_true: files('acpi-stub.c'))
187 Target-dependent emulator sourcesets:
188   In the target-dependent set lives CPU emulation, some device emulation and
189   much glue code. This sometimes also has to be compiled multiple times,
190   once for each target being built.  Target-dependent files are included
191   in the ``specific_ss`` sourceset.
193   Each emulator also includes sources for files in the ``hw/`` and ``target/``
194   subdirectories.  The subdirectory used for each emulator comes
195   from the target's definition of ``TARGET_BASE_ARCH`` or (if missing)
196   ``TARGET_ARCH``, as found in ``default-configs/targets/*.mak``.
198   Each subdirectory in ``hw/`` adds one sourceset to the ``hw_arch`` dictionary,
199   for example::
201     arm_ss = ss.source_set()
202     arm_ss.add(files('boot.c'), fdt)
203     ...
204     hw_arch += {'arm': arm_ss}
206   The sourceset is only used for system emulators.
208   Each subdirectory in ``target/`` instead should add one sourceset to each
209   of the ``target_arch`` and ``target_softmmu_arch``, which are used respectively
210   for all emulators and for system emulators only.  For example::
212     arm_ss = ss.source_set()
213     arm_softmmu_ss = ss.source_set()
214     ...
215     target_arch += {'arm': arm_ss}
216     target_softmmu_arch += {'arm': arm_softmmu_ss}
218 Module sourcesets:
219   There are two dictionaries for modules: ``modules`` is used for
220   target-independent modules and ``target_modules`` is used for
221   target-dependent modules.  When modules are disabled the ``module``
222   source sets are added to ``softmmu_ss`` and the ``target_modules``
223   source sets are added to ``specific_ss``.
225   Both dictionaries are nested.  One dictionary is created per
226   subdirectory, and these per-subdirectory dictionaries are added to
227   the toplevel dictionaries.  For example::
229     hw_display_modules = {}
230     qxl_ss = ss.source_set()
231     ...
232     hw_display_modules += { 'qxl': qxl_ss }
233     modules += { 'hw-display': hw_display_modules }
235 Utility sourcesets:
236   All binaries link with a static library ``libqemuutil.a``.  This library
237   is built from several sourcesets; most of them however host generated
238   code, and the only two of general interest are ``util_ss`` and ``stub_ss``.
240   The separation between these two is purely for documentation purposes.
241   ``util_ss`` contains generic utility files.  Even though this code is only
242   linked in some binaries, sometimes it requires hooks only in some of
243   these and depend on other functions that are not fully implemented by
244   all QEMU binaries.  ``stub_ss`` links dummy stubs that will only be linked
245   into the binary if the real implementation is not present.  In a way,
246   the stubs can be thought of as a portable implementation of the weak
247   symbols concept.
250 The following files concur in the definition of which files are linked
251 into each emulator:
253 ``default-configs/devices/*.mak``
254   The files under ``default-configs/devices/`` control the boards and devices
255   that are built into each QEMU system emulation targets. They merely contain
256   a list of config variable definitions such as::
258     include arm-softmmu.mak
259     CONFIG_XLNX_ZYNQMP_ARM=y
260     CONFIG_XLNX_VERSAL=y
262 ``*/Kconfig``
263   These files are processed together with ``default-configs/devices/*.mak`` and
264   describe the dependencies between various features, subsystems and
265   device models.  They are described in :ref:`kconfig`
267 ``default-configs/targets/*.mak``
268   These files mostly define symbols that appear in the ``*-config-target.h``
269   file for each emulator [#cfgtarget]_.  However, the ``TARGET_ARCH``
270   and ``TARGET_BASE_ARCH`` will also be used to select the ``hw/`` and
271   ``target/`` subdirectories that are compiled into each target.
273 .. [#cfgtarget] This header is included by ``qemu/osdep.h`` when
274                 compiling files from the target-specific sourcesets.
276 These files rarely need changing unless you are adding a completely
277 new target, or enabling new devices or hardware for a particular
278 system/userspace emulation target
281 Adding checks
282 -------------
284 New checks should be added to Meson.  Compiler checks can be as simple as
285 the following::
287   config_host_data.set('HAVE_BTRFS_H', cc.has_header('linux/btrfs.h'))
289 A more complex task such as adding a new dependency usually
290 comprises the following tasks:
292  - Add a Meson build option to meson_options.txt.
294  - Add code to perform the actual feature check.
296  - Add code to include the feature status in ``config-host.h``
298  - Add code to print out the feature status in the configure summary
299    upon completion.
301 Taking the probe for SDL2_Image as an example, we have the following
302 in ``meson_options.txt``::
304   option('sdl_image', type : 'feature', value : 'auto',
305          description: 'SDL Image support for icons')
307 Unless the option was given a non-``auto`` value (on the configure
308 command line), the detection code must be performed only if the
309 dependency will be used::
311   sdl_image = not_found
312   if not get_option('sdl_image').auto() or have_system
313     sdl_image = dependency('SDL2_image', required: get_option('sdl_image'),
314                            method: 'pkg-config',
315                            static: enable_static)
316   endif
318 This avoids warnings on static builds of user-mode emulators, for example.
319 Most of the libraries used by system-mode emulators are not available for
320 static linking.
322 The other supporting code is generally simple::
324   # Create config-host.h (if applicable)
325   config_host_data.set('CONFIG_SDL_IMAGE', sdl_image.found())
327   # Summary
328   summary_info += {'SDL image support': sdl_image.found()}
330 For the configure script to parse the new option, the
331 ``scripts/meson-buildoptions.sh`` file must be up-to-date; ``make
332 update-buildoptions`` (or just ``make``) will take care of updating it.
335 Support scripts
336 ---------------
338 Meson has a special convention for invoking Python scripts: if their
339 first line is ``#! /usr/bin/env python3`` and the file is *not* executable,
340 find_program() arranges to invoke the script under the same Python
341 interpreter that was used to invoke Meson.  This is the most common
342 and preferred way to invoke support scripts from Meson build files,
343 because it automatically uses the value of configure's --python= option.
345 In case the script is not written in Python, use a ``#! /usr/bin/env ...``
346 line and make the script executable.
348 Scripts written in Python, where it is desirable to make the script
349 executable (for example for test scripts that developers may want to
350 invoke from the command line, such as tests/qapi-schema/test-qapi.py),
351 should be invoked through the ``python`` variable in meson.build. For
352 example::
354   test('QAPI schema regression tests', python,
355        args: files('test-qapi.py'),
356        env: test_env, suite: ['qapi-schema', 'qapi-frontend'])
358 This is needed to obey the --python= option passed to the configure
359 script, which may point to something other than the first python3
360 binary on the path.
363 Stage 3: makefiles
364 ==================
366 The use of GNU make is required with the QEMU build system.
368 The output of Meson is a build.ninja file, which is used with the Ninja
369 build system.  QEMU uses a different approach, where Makefile rules are
370 synthesized from the build.ninja file.  The main Makefile includes these
371 rules and wraps them so that e.g. submodules are built before QEMU.
372 The resulting build system is largely non-recursive in nature, in
373 contrast to common practices seen with automake.
375 Tests are also ran by the Makefile with the traditional ``make check``
376 phony target, while benchmarks are run with ``make bench``.  Meson test
377 suites such as ``unit`` can be ran with ``make check-unit`` too.  It is also
378 possible to run tests defined in meson.build with ``meson test``.
380 Useful make targets
381 -------------------
383 ``help``
384   Print a help message for the most common build targets.
386 ``print-VAR``
387   Print the value of the variable VAR. Useful for debugging the build
388   system.
390 Important files for the build system
391 ====================================
393 Statically defined files
394 ------------------------
396 The following key files are statically defined in the source tree, with
397 the rules needed to build QEMU. Their behaviour is influenced by a
398 number of dynamically created files listed later.
400 ``Makefile``
401   The main entry point used when invoking make to build all the components
402   of QEMU. The default 'all' target will naturally result in the build of
403   every component. Makefile takes care of recursively building submodules
404   directly via a non-recursive set of rules.
406 ``*/meson.build``
407   The meson.build file in the root directory is the main entry point for the
408   Meson build system, and it coordinates the configuration and build of all
409   executables.  Build rules for various subdirectories are included in
410   other meson.build files spread throughout the QEMU source tree.
412 ``tests/Makefile.include``
413   Rules for external test harnesses. These include the TCG tests,
414   ``qemu-iotests`` and the Avocado-based integration tests.
416 ``tests/docker/Makefile.include``
417   Rules for Docker tests. Like tests/Makefile, this file is included
418   directly by the top level Makefile, anything defined in this file will
419   influence the entire build system.
421 ``tests/vm/Makefile.include``
422   Rules for VM-based tests. Like tests/Makefile, this file is included
423   directly by the top level Makefile, anything defined in this file will
424   influence the entire build system.
426 Dynamically created files
427 -------------------------
429 The following files are generated dynamically by configure in order to
430 control the behaviour of the statically defined makefiles. This avoids
431 the need for QEMU makefiles to go through any pre-processing as seen
432 with autotools, where Makefile.am generates Makefile.in which generates
433 Makefile.
435 Built by configure:
437 ``config-host.mak``
438   When configure has determined the characteristics of the build host it
439   will write a long list of variables to config-host.mak file. This
440   provides the various install directories, compiler / linker flags and a
441   variety of ``CONFIG_*`` variables related to optionally enabled features.
442   This is imported by the top level Makefile and meson.build in order to
443   tailor the build output.
445   config-host.mak is also used as a dependency checking mechanism. If make
446   sees that the modification timestamp on configure is newer than that on
447   config-host.mak, then configure will be re-run.
449   The variables defined here are those which are applicable to all QEMU
450   build outputs. Variables which are potentially different for each
451   emulator target are defined by the next file...
454 Built by Meson:
456 ``${TARGET-NAME}-config-devices.mak``
457   TARGET-NAME is again the name of a system or userspace emulator. The
458   config-devices.mak file is automatically generated by make using the
459   scripts/make_device_config.sh program, feeding it the
460   default-configs/$TARGET-NAME file as input.
462 ``config-host.h``, ``$TARGET_NAME-config-target.h``, ``$TARGET_NAME-config-devices.h``
463   These files are used by source code to determine what features are
464   enabled.  They are generated from the contents of the corresponding
465   ``*.mak`` files using Meson's ``configure_file()`` function.
467 ``build.ninja``
468   The build rules.
471 Built by Makefile:
473 ``Makefile.ninja``
474   A Makefile include that bridges to ninja for the actual build.  The
475   Makefile is mostly a list of targets that Meson included in build.ninja.
477 ``Makefile.mtest``
478   The Makefile definitions that let "make check" run tests defined in
479   meson.build.  The rules are produced from Meson's JSON description of
480   tests (obtained with "meson introspect --tests") through the script
481   scripts/mtest2make.py.