本文是對《深度探索linux操作系統(tǒng)系統(tǒng)構建和原理解析》的筆記,目的是為了理解操作系統(tǒng),重點放在了各種依賴關系上,沒有刻意去記錄細節(jié)。
1.疑惑構建目標系統(tǒng)的時候,即使目標系統(tǒng)和宿主系統(tǒng)運行在同一個體系架構上,為什么也不能使用宿主系統(tǒng)的工具鏈?
編譯程序時,如果使用了宿主系統(tǒng)的鏈接器,鏈接器將在宿主系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中找依賴的動態(tài)庫,會導致目標系統(tǒng)的程序鏈接宿主系統(tǒng)的某些庫,導致目標系統(tǒng)依賴宿主系統(tǒng)。
直觀表現(xiàn)為程序編譯順利通過,在目標系統(tǒng)運行的時候,出現(xiàn)未定義符號錯誤。 目標系統(tǒng)使用的工具鏈的版本通常不同于宿主系統(tǒng),這也要求為目標系統(tǒng)構建一套新的工具鏈。
2.構建工具鏈的意義和目的
工具鏈在開發(fā)中占據(jù)位置非常重要,實際中經(jīng)常用到的是別人構建好的工具鏈,別人的普遍使用保證了正確性,缺點是沒有針對具體的硬件平臺優(yōu)化,有時候也要借助某些輔助工
只對特定硬件進行配置優(yōu)化,半自動為系統(tǒng)構建編譯工具鏈。對我來說也就是為了了解操作系統(tǒng)。
3.工具鏈組成:
Binutils:包含所有二進制相關的工具,as,ld,objdump,strip還有預處理器cpp
GCC:各種編譯器C,C++,Fortan,C++啟動文件
Glibc:C庫,動態(tài)連接器。C的啟動文件。
內(nèi)核頭文件,C庫的大多數(shù)函數(shù)是對內(nèi)核服務的封裝,C庫的很大一部分函數(shù)是對內(nèi)核服務的封裝,內(nèi)核頭文件是C庫和內(nèi)核的橋梁。
4.構建步驟工具鏈的步驟
1.構建交叉的Binutils,包括匯編器as,鏈接器ld等
2.構建臨時的交叉編譯器僅僅支持freestanding
3.安裝目標內(nèi)核頭文件
4.構建目標系統(tǒng)的C庫
5.構建完整的交叉編譯器。
步驟確定的原因:GNU把編譯器和C庫放在了兩個不同的軟件包里面,使得工具鏈可選擇不同的C庫,但是帶來了編譯器和C庫的循環(huán)依賴問題,編譯C庫需要編譯器,編譯器
也依賴C庫,但是C99針對運行在操作系統(tǒng)上的程序和運行在沒有操作系統(tǒng)上的程序提供了兩種實現(xiàn)方式,分別是hosted implementation和freestanding implementation,后
者不依賴C庫,解決了雞和蛋的問題,但是Binutils 什么也不依賴,所以先構建它。
5.編譯器為什么會依賴C庫,不是翻譯為匯編語言嗎?
C編譯器需要知道C庫的某些特性,來決定支持那些特性。C++庫和編譯器需要C庫的支持,如異常處理部分和棧回溯部分。GCC不僅包含編譯器還包含一些庫,這些庫通常依
賴C庫,C編譯器本身也會使用C庫的一些函數(shù)。
6.編譯目標的C庫安裝了什么?
C庫
Glibc除了將最基本、最常用的函數(shù)封裝在libc中外,又將功能相近的一些函數(shù)封裝到一些子庫里,比如將線程相關函數(shù)封裝在libpthread中,將與加密算法相關的函數(shù)封裝在
libcrypt中,等等。
Glibc除了安裝庫文件本身外,還建立了符號鏈接,動態(tài)鏈接時使用的共享庫符號鏈接。其命名格式一般為:libLIBRARY_NAME. ?so.MAJOR_REVISION_VERSION
比如數(shù)學庫的共享庫及其符號鏈接如下:
vita@baisheng:/vita/sysroot/lib$ ls -l libm*
-rwxr-xr-x 1 vita vita 792815 Jan 23 10:29 libm-2.15.so
lrwxrwxrwx 1 vita vita 12 Jan 23 10:29 libm.so.6 -> libm-2.15.so
-rwxr-xr-x 1 vita vita 42195 Jan 23 10:29 libmemusage.so
lrwxrwxrwx 1 vita vita 17 Jan 29 17:17 libmount.so.1 ->
libmount.so.1.1.0
-rwxr-xr-x 1 vita vita 746758 Jan 29 17:17 libmount.so.1.1.0
其中,libm-2.15.so是數(shù)學庫的共享庫本身,libm.so.6是運行時使用的符號鏈接,libm.so
是編譯鏈接時使用的符號鏈接
動態(tài)鏈接器
Glibc亦提供了加載共享庫的工具——動態(tài)加載器
頭文件
Glibc為應用程序的開發(fā)提供了頭文件,安裝在$SYSROOT/usr/include目錄下。
工具
Glibc也提供了一些可執(zhí)行的便利工具,這類工具一般安裝在sbin、usr/bin、usr/sbin目錄下,比如用來轉換文件字符編碼的工具iconv。
啟動文件
Glibc提供了啟動文件,包括crt1.o、crti.o、crtn.o等,這類文件在編譯鏈接時將被鏈接,器鏈接到最后的可執(zhí)行文件中,Glibc將其安裝在$SYSROOT/usr/lib目錄下。
7.最終的交叉編譯器安裝的主要文件如下:
驅動程序
GCC安裝的最主要的是交叉編譯器的驅動程序,包括i686-none-linux-gnu-gcc、i686-none-linux-gnu-g++等。
目標系統(tǒng)的庫和頭文件,GCC中也包含了一些用于目標系統(tǒng)的運行時庫及頭文件,它們安裝在$CROSS_TOOL/,i686-none-linux-gnu目錄下。在該目錄下,子目錄lib存放包括目標系統(tǒng)的運行時庫以及供目標系統(tǒng)編譯程序使用的靜態(tài)庫,子目錄include下包含開發(fā)目標系統(tǒng)上的程序需要的C++頭文件。
helper program
前面我們提到,gcc僅僅是一個驅動程序,它將調(diào)用具體的程序完成具體的任務,這些
程序被GCC安裝在libexec目錄下,典型的有編譯器cc1,鏈接過程調(diào)用的collect2等
freestanding實現(xiàn)文件
啟動文件
與C++相關的啟動文件在GCC中,包括crtbegin.o、crtend.o等