## 第 18 章 编译工具链 **目录** [](ch18.html#id3083823) [标准编译安装](ch18s02.html) [为什么要编译安装](ch18s02.html#id3083834) [编译环境](ch18s02.html#id3083233) [标准编译安装](ch18s02.html#id3083952) [编译过程](ch18s03.html) [gcc 编译器](ch18s04.html) [自动化编译](ch18s05.html) [autoconf](ch18s05.html#id3084783) [automake](ch18s05.html#id3084909) [Makefile](ch18s05.html#id3084989) [使用 make](ch18s06.html) [emerge](ch18s07.html) [设置 USE标记](ch18s07.html#id3085722) [编译选项](ch18s07.html#id3085838) [微调](ch18s07.html#id3086063) [使用 emerge](ch18s07.html#id3086226) ## 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](ch18s02.html#ftn.id3083206)]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](ch18s02.html#ftn.id3083225)] ### 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 ``` > [](ch18s02.html#build-01) 配置软件特性，检查编译环境，生成 `Makefile文件` > [](ch18s02.html#build-05) 最常用配置选项:指定软件的安装路径 > [](ch18s02.html#build-02) 根据 `Makefile` 编译源代码 > [](ch18s02.html#build-03) 将编译完成的程序安装到系统中。通常需要 root权限 > [](ch18s02.html#build-04) 清除源代码目录中的编译结果 * * * > [[24](ch18s02.html#id3083206)] 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](ch18s02.html#id3083225)] 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; } ``` > [](ch18s03.html#build-20) **printf()** 函数 执行命令 `cc Hello.c`[[26](ch18s03.html#ftn.id3084190)]，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](ch18s03.html#ftn.id3084254)] * 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](ch18s03.html#ftn.id3084399)] 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](ch18s03.html#ftn.id3084420)])结合在一起，并将它们存放在可执行文件中。 * * * > [[26](ch18s03.html#id3084190)] 在 Linux 系统中，编译器为gcc，cc为它的链接 > [[27](ch18s03.html#id3084254)] 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](ch18s03.html#id3084399)] 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](ch18s03.html#id3084420)] 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&#124;.cc&#124;.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)。 | | -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 | > [](ch18s04.html#build-21) 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](ch18s02.html#std-build)中，第一步是`./configure`[[30](ch18s05.html#ftn.id3084729)]，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 ``` > [](ch18s05.html#build-31) 输出的目标文件，不能省略。如果有多个文件，可以使用**all** > [](ch18s05.html#build-32) 分隔符，不能省略 > [](ch18s05.html#build-33) 输入文件，可以省略 > [](ch18s05.html#build-34) 这一行必须以`TAB`字符起始，不能使用空格代替 > [](ch18s05.html#build-35) 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) ``` > [](ch18s05.html#build-41) 定义变量，传统上用大写 > [](ch18s05.html#build-42) 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) ``` > [](ch18s05.html#build-51) 如果写在多行，要用脱字符换行 > [](ch18s05.html#build-52) 如何生成中间文件 > [](ch18s05.html#build-53) 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](ch18s05.html#id3084729)] 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](ch18s07.html#ftn.id3085747)]： ``` /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}" ``` > [](ch18s07.html#build-e21) 针对C语言的优化选项，**-march=**设置目标架构 > [](ch18s07.html#build-e22) 针对C++语言的优化选项 > [](ch18s07.html#build-e23) 进行编译工作的机器架构 > [](ch18s07.html#build-e24) 编译选项 > [](ch18s07.html#build-e25) emerge 特性。并行下载、使用 ccache 缓冲编译结果 > [](ch18s07.html#build-e26) ccache 缓存目录 > [](ch18s07.html#build-e27) ccache 缓存大小 > [](ch18s07.html#build-e28) 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 > [](ch18s07.html#build-e29) USE标记 > [](ch18s07.html#build-e30) 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](http://www.gentoo.org/doc/zh_cn/handbook/) **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 ``` > [](ch18s07.html#build-e31) 重新构建系统 > [](ch18s07.html#build-e32) 清除孤立依赖包 > [](ch18s07.html#build-e33) 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](ch18s07.html#id3085747)] 在升级 Portage 的时候，这些文件将会被覆盖，请不要在这里设置