gitlab: Extract default build/test jobs templates
[qemu/ar7.git] / docs / devel / build-system.rst
blob7ef36f42d0f5caff08a049655846737e106fb854
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 For now, checks on the compilation environment are found in configure
46 rather than meson.build, though this is expected to change.  The command
47 line is parsed in the configure script and, whenever needed, converted
48 into the appropriate options to Meson.
50 New checks should be added to Meson, which usually comprises the
51 following tasks:
53  - Add a Meson build option to meson_options.txt.
55  - Add support to the command line arg parser to handle any new
56    `--enable-XXX`/`--disable-XXX` flags required by the feature.
58  - Add information to the help output message to report on the new
59    feature flag.
61  - Add code to perform the actual feature check.
63  - Add code to include the feature status in `config-host.h`
65  - Add code to print out the feature status in the configure summary
66    upon completion.
69 Taking the probe for SDL2_Image as an example, we have the following pieces
70 in configure::
72   # Initial variable state
73   sdl_image=auto
75   ..snip..
77   # Configure flag processing
78   --disable-sdl-image) sdl_image=disabled
79   ;;
80   --enable-sdl-image) sdl_image=enabled
81   ;;
83   ..snip..
85   # Help output feature message
86   sdl-image         SDL Image support for icons
88   ..snip..
90   # Meson invocation
91   -Dsdl_image=$sdl_image
93 In meson_options.txt::
95   option('sdl', type : 'feature', value : 'auto',
96          description: 'SDL Image support for icons')
98 In meson.build::
100   # Detect dependency
101   sdl_image = dependency('SDL2_image', required: get_option('sdl_image'),
102                          method: 'pkg-config',
103                          kwargs: static_kwargs)
105   # Create config-host.h (if applicable)
106   config_host_data.set('CONFIG_SDL_IMAGE', sdl_image.found())
108   # Summary
109   summary_info += {'SDL image support': sdl_image.found()}
113 Helper functions
114 ----------------
116 The configure script provides a variety of helper functions to assist
117 developers in checking for system features:
119 `do_cc $ARGS...`
120    Attempt to run the system C compiler passing it $ARGS...
122 `do_cxx $ARGS...`
123    Attempt to run the system C++ compiler passing it $ARGS...
125 `compile_object $CFLAGS`
126    Attempt to compile a test program with the system C compiler using
127    $CFLAGS. The test program must have been previously written to a file
128    called $TMPC.  The replacement in Meson is the compiler object `cc`,
129    which has methods such as `cc.compiles()`,
130    `cc.check_header()`, `cc.has_function()`.
132 `compile_prog $CFLAGS $LDFLAGS`
133    Attempt to compile a test program with the system C compiler using
134    $CFLAGS and link it with the system linker using $LDFLAGS. The test
135    program must have been previously written to a file called $TMPC.
136    The replacement in Meson is `cc.find_library()` and `cc.links()`.
138 `has $COMMAND`
139    Determine if $COMMAND exists in the current environment, either as a
140    shell builtin, or executable binary, returning 0 on success.  The
141    replacement in Meson is `find_program()`.
143 `check_define $NAME`
144    Determine if the macro $NAME is defined by the system C compiler
146 `check_include $NAME`
147    Determine if the include $NAME file is available to the system C
148    compiler.  The replacement in Meson is `cc.has_header()`.
150 `write_c_skeleton`
151    Write a minimal C program main() function to the temporary file
152    indicated by $TMPC
154 `feature_not_found $NAME $REMEDY`
155    Print a message to stderr that the feature $NAME was not available
156    on the system, suggesting the user try $REMEDY to address the
157    problem.
159 `error_exit $MESSAGE $MORE...`
160    Print $MESSAGE to stderr, followed by $MORE... and then exit from the
161    configure script with non-zero status
163 `query_pkg_config $ARGS...`
164    Run pkg-config passing it $ARGS. If QEMU is doing a static build,
165    then --static will be automatically added to $ARGS
168 Stage 2: Meson
169 ==============
171 The Meson build system is currently used to describe the build
172 process for:
174 1) executables, which include:
176    - Tools - qemu-img, qemu-nbd, qga (guest agent), etc
178    - System emulators - qemu-system-$ARCH
180    - Userspace emulators - qemu-$ARCH
182    - Unit tests
184 2) documentation
186 3) ROMs, which can be either installed as binary blobs or compiled
188 4) other data files, such as icons or desktop files
190 All executables are built by default, except for some `contrib/`
191 binaries that are known to fail to build on some platforms (for example
192 32-bit or big-endian platforms).  Tests are also built by default,
193 though that might change in the future.
195 The source code is highly modularized, split across many files to
196 facilitate building of all of these components with as little duplicated
197 compilation as possible. Using the Meson "sourceset" functionality,
198 `meson.build` files group the source files in rules that are
199 enabled according to the available system libraries and to various
200 configuration symbols.  Sourcesets belong to one of four groups:
202 Subsystem sourcesets:
203   Various subsystems that are common to both tools and emulators have
204   their own sourceset, for example `block_ss` for the block device subsystem,
205   `chardev_ss` for the character device subsystem, etc.  These sourcesets
206   are then turned into static libraries as follows::
208     libchardev = static_library('chardev', chardev_ss.sources(),
209                                 name_suffix: 'fa',
210                                 build_by_default: false)
212     chardev = declare_dependency(link_whole: libchardev)
214   As of Meson 0.55.1, the special `.fa` suffix should be used for everything
215   that is used with `link_whole`, to ensure that the link flags are placed
216   correctly in the command line.
218 Target-independent emulator sourcesets:
219   Various general purpose helper code is compiled only once and
220   the .o files are linked into all output binaries that need it.
221   This includes error handling infrastructure, standard data structures,
222   platform portability wrapper functions, etc.
224   Target-independent code lives in the `common_ss`, `softmmu_ss` and
225   `user_ss` sourcesets.  `common_ss` is linked into all emulators,
226   `softmmu_ss` only in system emulators, `user_ss` only in user-mode
227   emulators.
229   Target-independent sourcesets must exercise particular care when using
230   `if_false` rules.  The `if_false` rule will be used correctly when linking
231   emulator binaries; however, when *compiling* target-independent files
232   into .o files, Meson may need to pick *both* the `if_true` and
233   `if_false` sides to cater for targets that want either side.  To
234   achieve that, you can add a special rule using the ``CONFIG_ALL``
235   symbol::
237     # Some targets have CONFIG_ACPI, some don't, so this is not enough
238     softmmu_ss.add(when: 'CONFIG_ACPI`, if_true: files('acpi.c'),
239                                         if_false: files('acpi-stub.c'))
241     # This is required as well:
242     softmmu_ss.add(when: 'CONFIG_ALL`, if_true: files('acpi-stub.c'))
244 Target-dependent emulator sourcesets:
245   In the target-dependent set lives CPU emulation, some device emulation and
246   much glue code. This sometimes also has to be compiled multiple times,
247   once for each target being built.  Target-dependent files are included
248   in the `specific_ss` sourceset.
250   Each emulator also includes sources for files in the `hw/` and `target/`
251   subdirectories.  The subdirectory used for each emulator comes
252   from the target's definition of ``TARGET_BASE_ARCH`` or (if missing)
253   ``TARGET_ARCH``, as found in `default-configs/targets/*.mak`.
255   Each subdirectory in `hw/` adds one sourceset to the `hw_arch` dictionary,
256   for example::
258     arm_ss = ss.source_set()
259     arm_ss.add(files('boot.c'), fdt)
260     ...
261     hw_arch += {'arm': arm_ss}
263   The sourceset is only used for system emulators.
265   Each subdirectory in `target/` instead should add one sourceset to each
266   of the `target_arch` and `target_softmmu_arch`, which are used respectively
267   for all emulators and for system emulators only.  For example::
269     arm_ss = ss.source_set()
270     arm_softmmu_ss = ss.source_set()
271     ...
272     target_arch += {'arm': arm_ss}
273     target_softmmu_arch += {'arm': arm_softmmu_ss}
275 Utility sourcesets:
276   All binaries link with a static library `libqemuutil.a`.  This library
277   is built from several sourcesets; most of them however host generated
278   code, and the only two of general interest are `util_ss` and `stub_ss`.
280   The separation between these two is purely for documentation purposes.
281   `util_ss` contains generic utility files.  Even though this code is only
282   linked in some binaries, sometimes it requires hooks only in some of
283   these and depend on other functions that are not fully implemented by
284   all QEMU binaries.  `stub_ss` links dummy stubs that will only be linked
285   into the binary if the real implementation is not present.  In a way,
286   the stubs can be thought of as a portable implementation of the weak
287   symbols concept.
290 The following files concur in the definition of which files are linked
291 into each emulator:
293 `default-configs/devices/*.mak`
294   The files under `default-configs/devices/` control the boards and devices
295   that are built into each QEMU system emulation targets. They merely contain
296   a list of config variable definitions such as::
298     include arm-softmmu.mak
299     CONFIG_XLNX_ZYNQMP_ARM=y
300     CONFIG_XLNX_VERSAL=y
302 `*/Kconfig`
303   These files are processed together with `default-configs/devices/*.mak` and
304   describe the dependencies between various features, subsystems and
305   device models.  They are described in :ref:`kconfig`
307 `default-configs/targets/*.mak`
308   These files mostly define symbols that appear in the `*-config-target.h`
309   file for each emulator [#cfgtarget]_.  However, the ``TARGET_ARCH``
310   and ``TARGET_BASE_ARCH`` will also be used to select the `hw/` and
311   `target/` subdirectories that are compiled into each target.
313 .. [#cfgtarget] This header is included by `qemu/osdep.h` when
314                 compiling files from the target-specific sourcesets.
316 These files rarely need changing unless you are adding a completely
317 new target, or enabling new devices or hardware for a particular
318 system/userspace emulation target
321 Support scripts
322 ---------------
324 Meson has a special convention for invoking Python scripts: if their
325 first line is `#! /usr/bin/env python3` and the file is *not* executable,
326 find_program() arranges to invoke the script under the same Python
327 interpreter that was used to invoke Meson.  This is the most common
328 and preferred way to invoke support scripts from Meson build files,
329 because it automatically uses the value of configure's --python= option.
331 In case the script is not written in Python, use a `#! /usr/bin/env ...`
332 line and make the script executable.
334 Scripts written in Python, where it is desirable to make the script
335 executable (for example for test scripts that developers may want to
336 invoke from the command line, such as tests/qapi-schema/test-qapi.py),
337 should be invoked through the `python` variable in meson.build. For
338 example::
340   test('QAPI schema regression tests', python,
341        args: files('test-qapi.py'),
342        env: test_env, suite: ['qapi-schema', 'qapi-frontend'])
344 This is needed to obey the --python= option passed to the configure
345 script, which may point to something other than the first python3
346 binary on the path.
349 Stage 3: makefiles
350 ==================
352 The use of GNU make is required with the QEMU build system.
354 The output of Meson is a build.ninja file, which is used with the Ninja
355 build system.  QEMU uses a different approach, where Makefile rules are
356 synthesized from the build.ninja file.  The main Makefile includes these
357 rules and wraps them so that e.g. submodules are built before QEMU.
358 The resulting build system is largely non-recursive in nature, in
359 contrast to common practices seen with automake.
361 Tests are also ran by the Makefile with the traditional `make check`
362 phony target, while benchmarks are run with `make bench`.  Meson test
363 suites such as `unit` can be ran with `make check-unit` too.  It is also
364 possible to run tests defined in meson.build with `meson test`.
366 Important files for the build system
367 ====================================
369 Statically defined files
370 ------------------------
372 The following key files are statically defined in the source tree, with
373 the rules needed to build QEMU. Their behaviour is influenced by a
374 number of dynamically created files listed later.
376 `Makefile`
377   The main entry point used when invoking make to build all the components
378   of QEMU. The default 'all' target will naturally result in the build of
379   every component. Makefile takes care of recursively building submodules
380   directly via a non-recursive set of rules.
382 `*/meson.build`
383   The meson.build file in the root directory is the main entry point for the
384   Meson build system, and it coordinates the configuration and build of all
385   executables.  Build rules for various subdirectories are included in
386   other meson.build files spread throughout the QEMU source tree.
388 `tests/Makefile.include`
389   Rules for external test harnesses. These include the TCG tests,
390   `qemu-iotests` and the Avocado-based acceptance tests.
392 `tests/docker/Makefile.include`
393   Rules for Docker tests. Like tests/Makefile, this file is included
394   directly by the top level Makefile, anything defined in this file will
395   influence the entire build system.
397 `tests/vm/Makefile.include`
398   Rules for VM-based tests. Like tests/Makefile, this file is included
399   directly by the top level Makefile, anything defined in this file will
400   influence the entire build system.
402 Dynamically created files
403 -------------------------
405 The following files are generated dynamically by configure in order to
406 control the behaviour of the statically defined makefiles. This avoids
407 the need for QEMU makefiles to go through any pre-processing as seen
408 with autotools, where Makefile.am generates Makefile.in which generates
409 Makefile.
411 Built by configure:
413 `config-host.mak`
414   When configure has determined the characteristics of the build host it
415   will write a long list of variables to config-host.mak file. This
416   provides the various install directories, compiler / linker flags and a
417   variety of `CONFIG_*` variables related to optionally enabled features.
418   This is imported by the top level Makefile and meson.build in order to
419   tailor the build output.
421   config-host.mak is also used as a dependency checking mechanism. If make
422   sees that the modification timestamp on configure is newer than that on
423   config-host.mak, then configure will be re-run.
425   The variables defined here are those which are applicable to all QEMU
426   build outputs. Variables which are potentially different for each
427   emulator target are defined by the next file...
430 Built by Meson:
432 `${TARGET-NAME}-config-devices.mak`
433   TARGET-NAME is again the name of a system or userspace emulator. The
434   config-devices.mak file is automatically generated by make using the
435   scripts/make_device_config.sh program, feeding it the
436   default-configs/$TARGET-NAME file as input.
438 `config-host.h`, `$TARGET-NAME/config-target.h`, `$TARGET-NAME/config-devices.h`
439   These files are used by source code to determine what features
440   are enabled.  They are generated from the contents of the corresponding
441   `*.h` files using the scripts/create_config program. This extracts
442   relevant variables and formats them as C preprocessor macros.
444 `build.ninja`
445   The build rules.
448 Built by Makefile:
450 `Makefile.ninja`
451   A Makefile include that bridges to ninja for the actual build.  The
452   Makefile is mostly a list of targets that Meson included in build.ninja.
454 `Makefile.mtest`
455   The Makefile definitions that let "make check" run tests defined in
456   meson.build.  The rules are produced from Meson's JSON description of
457   tests (obtained with "meson introspect --tests") through the script
458   scripts/mtest2make.py.
461 Useful make targets
462 -------------------
464 `help`
465   Print a help message for the most common build targets.
467 `print-VAR`
468   Print the value of the variable VAR. Useful for debugging the build
469   system.