第 18 章 编译工具链

目录

标准编译安装

为什么要编译安装

编译环境

标准编译安装

编译过程

gcc 编译器

自动化编译

autoconf

automake

Makefile

使用 make

emerge

设置 USE标记

编译选项

微调

使用 emerge

标准编译安装

为什么要编译安装

包管理系统是绝大多数发行版的必备组件，也是一个发行版区别于其它发行版的主要特征。但是有些软件，并不能通过包管理系统安装，这就需要下载源码编译安装。

一个软件可能有许多功能，但是发行版中提供的安装包，通常只具有一些常见的功能。如果提供所有功能，那么无疑会占用更多的资源，而这些功能，大多数用户不会用到；[24]而你会用到的功能，可能安装包中刚好没有。编译安装可以灵活地定制软件，选择自己需要的，取消自己不需要的。

编译安装还可以针对特定的硬件进行优化，以获得更好的性能表现。[25]

编译环境

编译环境包括多个工具，它们环环相扣，称作编译工具链。主要包括以下工具：

工具 简介
binutils 连接器、汇编器和其他用于目标文件和档案的工具
gcc 编译器，将源代码转换为机器代码
glibc C库，提供标准例程(C函数)

还有一些工具，能够调用工具链，实现自动化编译：
autoconf 自动生成 Makefile 文件
automake
make 按照 Makefile 文件中的规则编译程序

在后面的部分将分别介绍这些工具

标准编译安装

首先，下载源代码，通常是压缩包，如：xxx.tar.gz 或者 xxx.tar.bz2，解包：

压缩包格式 命令
.tar.gz tar zxvf xxx.tgz
.tgz
.tar.bz2 tar jxvf xxx.tar.bz2

通常解包后会在当前位置得到一个 xxx/ 目录，进入这个目录

cd xxx/

使用下列命令编译安装：

./configure --prefix=/opt/xxx
make
sudo make install
make clean

1 配置软件特性，检查编译环境，生成 Makefile文件

2 最常用配置选项:指定软件的安装路径

3 根据 Makefile 编译源代码

4 将编译完成的程序安装到系统中。通常需要 root权限

5 清除源代码目录中的编译结果

[24] Windows 系统下的一些经典软件，如 ACDsee、Nero、Winamp 等，集成了越来越多的功能，使它们越来越臃肿。而且不能够只选择自己喜欢的功能，要么全盘接收，要么改寻它途

[25] 通常发行版提供的安装包，已经进行了优化。自己编译的软件，性能未必更好

编译过程

将下面代码保存为 Hello.c：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}

1 printf() 函数

执行命令 cc Hello.c[26]，得到一个可执行文件 a.out，执行它 ./a.out

可以看到，C的源代码(Hello.c)是纯文本，不能够直接执行。可执行代码是计算机的本机语言或机器语言表示的代码，这种语言是由数字代码表示的详细指令组成，不同的计算机具有不同的机器语言。

编译器是一个程序，其工作是将源代码转换为可执行代码。

  • 编译器用来将 C语言 转换成特定的机器语言。
  • 编译器还从C的库中向最终程序加入代码。[27]
  • 编译器还检查源代码是否为有效的C语言程序。如果编译器发现错误，将报告错误，而且不生成可执行文件

编译器分三步完成这个工作：
预处理 调用预处理器 cpp 对源代码文件中的文件包含(include)、预编译语句(如宏定义 define 等) 进行分析
编译 调用编译器 cc 将源代码转换为中间代码
链接 调用链接器 ld 将中间代码与其它代码结合起来生成可执行文件
  • 这种方法使用程序便于模块化。分别编译各个模块，然后使用链接器将编译过的模块结合起来。这样，如果需要改变一个模块，则不必重新编译所有其它模块。

可执行文件包含目标文件、库例程和启动代码

编译器将源代码转换为机器语言代码(中间代码)，将结果放置在目标文件(*.o)中。虽然目标文件包含机器代码，但该文件还不能运行，它还不是一个完整的程序。

启动代码(start-up code)相当于程序和操作系统之间的接口。[28]

库例程为函数的实现。几乎所有C程序都利用标准C库中所包含的例程，目标代码文件不包含这一函数的代码，它只包含调用函数的指令。实际代码存储在一个称为“库”的文件中。库文件中包含许多函数的目标代码

链接器的作用是将这3个元素(目标代码、系统的标准启动代码和库代码[29])结合在一起，并将它们存放在可执行文件中。

[26] 在 Linux 系统中，编译器为gcc，cc为它的链接

[27] 库中包含许多标准例程供您使用，例如printf()。更准确的说，是一个被称为链接器(linker)的程序将库例程引入的，但在多数系统上，编译器为您运行链接器。

[28] 硬件相同的情况下，在 DOS 或 Linux 下可以使用同样的目标代码，但 DOC 与 Linux 要使用不同的启动代码，因为这两种系统处理程序的方式是不同的。

[29] 程序有两种方法来使用这些库函数，如果静态连接一个程序，这些函数就会被复制到可执行程序中,这就是lib*.a函数库的作用

如果你动态的连接一个程序（默认），那么当程序运行时需要库中的代码，它就会调用lib*.so中的内容。

gcc 编译器

gcc 是 GNU 推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是 GNU 的代表作品之一。它能将C、C++语言源程序、汇编语言源程序和目标程序编译、链接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc 将生成一个名为 a.out 的文件。

gcc 通过后缀来区分输入文件的类型：

后缀 类型
.c C语言源代码文件
.a 由目标文件构成的档案库文件
.C|.cc|.cxx C++源代码文件
.h 程序所包含的头文件
.i 预处理过的C源代码文件
.ii 预处理过的C++源代码文件
.m Objective-C源代码文件
.o 编译后的目标文件
.s 汇编语言源代码文件
.S 预编译的汇编语言源代码文件

前面我们已经使用 gcc 编译了一个程序：cc Hello.c

gcc 还有许多选项：
-c 只编译，不链接成为可执行文件
-o 文件名 设定输出文件名。默认为a.out
-g 加入调试符号(默认)。1
-O 编译、链接时进行优化，耗时比较多，但产生的可执行文件执行效率更高
-O2 更高的优化级别，耗时更多

1 可以使用 gdb 进行调试使用下面的命令去掉调试符号：

strip --strip-unneeded a.out
strip --strip-debug a.out

不要在库文件上使用 --strip-unneeded

自动化编译

在前面的标准编译安装中，第一步是./configure[30]，它会根据Makefile.in生成Makefile文件，然后make根据Makefile自动编译软件

通常在一个源码包中，已经包含了configure脚本和Makefile文件，作为课外知识，我们大致了解一下怎么生成这两个文件

autoconf

autoconf用来生成configure脚本，它可以检查系统特性、编译环境、环境变量、软件参数、依赖关系等

autoconf需要用到 m4

  1. 用autoscan描源代码目录生成configure.scan文件
  2. 将configure.scan改名为configure.in
  3. 用aclocal根据configure.in文件的内容，自动生成aclocal.m4文件
  4. 使用autoconf，根据configure.in和aclocal.m4来产生configure文件

automake

automake可以从Makefile.am文件自动生成Makefile.in，它主要用来配置源代码

automake需用到perl

  • 手工写Makefile.am
  • 使用automake，根据configure.in和Makefile.am来产生Makefile.in

Makefile

使用configure脚本，配合Makefile.in可以生成Makefile文件，然后用make自动化的编译软件

这里有一张生成Makefile的流程图：

Makefile的用途不只是编译软件，还可以利用它完成一些琐碎的工作，只要最后输出一个文件，都可以用make来完成

这是一个最简单的Makefile

filelist:*
    ls -lF > filelist

1 输出的目标文件，不能省略。如果有多个文件，可以使用all

2 分隔符，不能省略

3 输入文件，可以省略

4 这一行必须以TAB字符起始，不能使用空格代替

5 make的命令

可以使用变量代替命令，便于维护

TARGET = filelist
SOURCE =  *
ARG = -lF
APPLICATION = ls

$(TARGET):$(SOURCE)
    $(APPLICATION) $(ARG) $(SOURCE) > $(TARGET)

1 定义变量，传统上用大写

2 使用变量写Makefile

Makefile可以有多个目标文件，我们前面提到，gcc编译时先生成目标文件，再把目标文件链接成可执行文件，Makefile应该是这样的：

OBJECTS = main.o kbd.o command.o display.o \
              insert.o search.o files.o utils.o

exe : $(OBJECTS)
            cc -o exe $(OBJECTS)

main.o : main.c defs.h
        cc -c main.c
kbd.o : kbd.c defs.h command.h
        cc -c kbd.c
command.o : command.c defs.h command.h
        cc -c command.c
display.o : display.c defs.h buffer.h
        cc -c display.c
insert.o : insert.c defs.h buffer.h
        cc -c insert.c
search.o : search.c defs.h buffer.h
        cc -c search.c
files.o : files.c defs.h buffer.h command.h
        cc -c files.c
utils.o : utils.c defs.h
        cc -c utils.c
clean :
        rm exe $(OBJECTS)

1 如果写在多行，要用脱字符换行

2 如何生成中间文件

3 伪目标文件，make clean并不生成clean文件，而是清理编译结果

Makefile还有很多强大的机制，这里就不详细介绍了

[30] 执行当前目录下的configure脚本

使用 make

利用 configure所产生的Makefile文件有几个预先设定的目标可供使用：

目标 用途
make all 产生预设的目标，只敲入make也可以
make clean 清除编译结果
make distclean 除了清除编译结果，也把configure所产生的 Makefile 清除掉
make install 将程序安装到系统中
make dist 将程序和相关的文档打包为一个压缩文档以供发布
make distcheck 打包并检验

emerge

虽然我们能够使用autoconf、automake、make等工具实现自动化编译，但这种针对单个软件包的编译系统，在编译多个软件时仍然十分繁琐

假设需要编译emacs和vim，使用 xft字体、图形界面支持，并去掉调试符号，需要分别作如下配置

emacs
./configure --prefix=/usr/local/     \
`--no-debug`                \
`--with-xft  --with-x-toolkit=gtk`        \
--with-freetype    
vim  
./configure --prefix=/usr/local/     \
`--no-debug`                \
`--with-xft --with-x-toolkit=gtk`

这就像点菜时，你必须告诉厨师：鱼香肉丝(多放辣椒、不放蒜)、宫保鸡丁(多放辣椒、不放蒜)、麻婆豆腐(多放辣椒、不放蒜)……

实际上，大多数人这样点菜：鱼香肉丝、宫保鸡丁、麻婆豆腐……多放辣椒、不放蒜

emerge就是这样一种点菜方式，它是gentoo的包管理系统，提供了更为现代化的编译方式

可以通过指定USE标记xft、gtk、-debug来确定所有软件的编译方式

设置 USE标记

以下方法按优先级由低到高排列：

/etc/make.profile/目录是一个符号链接，里面包含一些make.defaults文件，放置开发者设置的 USE标记[31]：

/usr/portage/profile/base/make.defaults
/usr/portage/profile/default-linux/make.defaults
/usr/portage/profile/default-linux/x86/make.defaults
/usr/portage/profile/default-linux/x86/2008.0/make.defaults

在/etc/make.conf文件中声明永久 USE标记(推荐)

USE="nptl nptlonly nls cjk php mysql -kde -qt3 -qt4"
  • 带-的 USE标记，表示排除

在/etc/portage/package.use文件中为单个包声明 USE标记

app-editors/emacs-cvs xft
www-servers/lighttpd fastcgi
dev-lang/php mysqli cgi gd ctype pcre session unicode pic posix
dev-db/phpmyadmin vhosts
app-shells/zsh doc
net-ftp/pure-ftpd -ldap mysql pam ssl vchroot

使用环境变量声明临时 USE标记

USE="-java"
emerge seamonkey

查看使用的 USE标记：

merge --pretend --verbose seamonkey    

Calculating dependencies ...done!
[ebuild   R   ] www-client/seamonkey-1.0.7  USE="crypt gnome java -debug -ipv6
-ldap -mozcalendar -mozdevelop -moznocompose -moznoirc -moznomail -moznopango
-moznoroaming -postgres -xinerama -xprint" 0 kB

编译选项

/etc/make.conf

CFLAGS="-O2 -march=i686 -pipe"
CXXFLAGS="-O2 -march=i686 -pipe"

CHOST="i686-pc-linux-gnu"
MAKEOPTS="-j2"

FEATURES="parallel-fetch ccache"
CCACHE_DIR="/var/tmp/ccache"
CCACHE_SIZE="2G"

ACCEPT_KEYWORDS="x86"

USE="nptl nptlonly nls cjk php mysql"

FETCHCOMMAND="/usr/bin/axel -a -n4 \${URI} -o \${DISTDIR}"
RESUMECOMMAND="/usr/bin/axel -a -n4 \${URI} -o \${DISTDIR}"

1 针对C语言的优化选项，-march=设置目标架构

2 针对C++语言的优化选项

3 进行编译工作的机器架构

4 编译选项

5 emerge 特性。并行下载、使用 ccache 缓冲编译结果

6 ccache 缓存目录

7 ccache 缓存大小

8 通过关键字选择分支。x86表示 x86 架构的稳定分支，~x86表示 x86 架构的不稳定分支

9 USE标记

10 使用axel加速下载

gentoo支持多种架构：x86、 sparc、 amd64、 ppc、 ppc64、 alpha、 hppa、 mips、 ia64、 arm，我们使用的 PC 多为 x86 架构

假设你主要使用 x86 稳定分支，但少数软件要使用最新版本，在/etc/portage/package.keywords文件中为单个包设置关键字

app-editors/emacs-cvs ~x86
x11-misc/emacs-desktop ~x86
app-i18n/fcitx ~x86
app-editors/vim x86
app-editors/vim-core x86

media-video/mplayer ~x86
media-libs/win32codecs ~x86    

app-i18n/man-pages-zh_CN ~x86

微调

在/etc/portage/目标下包含一些文件，可以在软件包级别上进行调节。前面已经介绍了package.use和package.keywords

package.keywords

还未被确认适合你的系统或架构，但是你希望能安装的软件包

package.use

特定软件包而不是整个系统使用的 USE标记

package.provided

屏蔽的软件包(需要指明版本号)

package.mask

永远不希望 Portage 安装的软件包。

package.unmask

被 Gentoo 开发者屏蔽的软件包，但是你希望能安装的软件包。

软件包可能由于以下原因被屏蔽
~架构 keyword 意味着这个软件没有经过充分的测试，不能进入稳定分支，请等待一段时间后在尝试使用它
-架构 keyword 或 -* keyword 意味着这个软件不能工作在您机器的体系结构中
missing keyword 意味着这个软件还没有在您机器的体系结构中进行过测试
package.mask 意味着这个软件被认为是损坏的，不稳定的或者有更严重的问题，它被故意标识为“不应使用”
profile 意味着这个软件不适用于您的 profile。安装这样的应用软件可能会破坏您的系统，或者只是不能与您使用的 profile 相兼容

例如：

gnome-base/gnome-2.8.0_pre1 (masked by: ~x86 keyword)
lm-sensors/lm-sensors-2.8.7 (masked by: -sparc keyword)
sys-libs/glibc-2.3.4.20040808 (masked by: -* keyword)
dev-util/cvsd-1.0.2 (masked by: missing keyword)
games-fps/unreal-tournament-451 (masked by: package.mask)
sys-libs/glibc-2.3.2-r11 (masked by: profile)

使用 emerge

注意：本部分内容来源于gentoo 中文手册

查找.

查找名字包含 pdf 的软件包

emerge --search pdf

查找与 pdf 相关的软件包

emerge --searchdesc pdf
emerge -S pdf

查看软件拥有的 USE标记

emerge -vp 软件包名称

管理.

安装软件包

emerge 软件包名称

模拟安装软件包

emerge --pretend 软件包名称

下载软件包的源代码包

emerge --fetchonly 软件包名称

从系统中删除软件包

emerge --unmerge 软件包名称

更新.

更新系统

emerge --update --ask world    
emerge -ua world

更新整个系统

emerge --update --deep world    
emerge -uD world

使用新的 USE标记 重新构建系统

emerge --update --deep --newuse world    
emerge -uDN world

移除孤立依赖的软件包

emerge --update --deep --newuse world
emerge --depclean
revdep-rebuild

1 重新构建系统

2 清除孤立依赖包

3 重新构建依赖关系

revdep-rebuild工具由gentoolkit包提供；使用前别忘了首先 emerge 它：

emerge gentoolkit

[31] 在升级 Portage 的时候，这些文件将会被覆盖，请不要在这里设置