構(gòu)建工具鏈過(guò)程疑惑總結(jié)

本文是對(duì)《深度探索linux操作系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)建和原理解析》的筆記，目的是為了理解操作系統(tǒng)，重點(diǎn)放在了各種依賴關(guān)系上，沒(méi)有刻意去記錄細(xì)節(jié)。

1.疑惑構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)的時(shí)候，即使目標(biāo)系統(tǒng)和宿主系統(tǒng)運(yùn)行在同一個(gè)體系架構(gòu)上，為什么也不能使用宿主系統(tǒng)的工具鏈？

編譯程序時(shí)，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(dòng)態(tài)庫(kù)，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)系統(tǒng)的程序鏈接宿主系統(tǒng)的某些庫(kù)，導(dǎo)致目標(biāo)系統(tǒng)依賴宿主系統(tǒng)。

直觀表現(xiàn)為程序編譯順利通過(guò)，在目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，出現(xiàn)未定義符號(hào)錯(cuò)誤。 目標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建一套新的工具鏈。

2.構(gòu)建工具鏈的意義和目的

工具鏈在開(kāi)發(fā)中占據(jù)位置非常重要，實(shí)際中經(jīng)常用到的是別人構(gòu)建好的工具鏈，別人的普遍使用保證了正確性，缺點(diǎn)是沒(méi)有針對(duì)具體的硬件平臺(tái)優(yōu)化，有時(shí)候也要借助某些輔助工

只對(duì)特定硬件進(jìn)行配置優(yōu)化，半自動(dòng)為系統(tǒng)構(gòu)建編譯工具鏈。對(duì)我來(lái)說(shuō)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(jìn)制相關(guān)的工具，as，ld，objdump，strip還有預(yù)處理器cpp

GCC:各種編譯器C，C++,Fortan，C++啟動(dòng)文件

Glibc：C庫(kù)，動(dòng)態(tài)連接器。C的啟動(dòng)文件。

內(nèi)核頭文件，C庫(kù)的大多數(shù)函數(shù)是對(duì)內(nèi)核服務(wù)的封裝，C庫(kù)的很大一部分函數(shù)是對(duì)內(nèi)核服務(wù)的封裝，內(nèi)核頭文件是C庫(kù)和內(nèi)核的橋梁。

4.構(gòu)建步驟工具鏈的步驟

1.構(gòu)建交叉的Binutils，包括匯編器as，鏈接器ld等

2.構(gòu)建臨時(shí)的交叉編譯器僅僅支持freestanding

3.安裝目標(biāo)內(nèi)核頭文件

4.構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)的C庫(kù)

5.構(gòu)建完整的交叉編譯器。

步驟確定的原因：GNU把編譯器和C庫(kù)放在了兩個(gè)不同的軟件包里面，使得工具鏈可選擇不同的C庫(kù)，但是帶來(lái)了編譯器和C庫(kù)的循環(huán)依賴問(wèn)題，編譯C庫(kù)需要編譯器，編譯器

也依賴C庫(kù)，但是C99針對(duì)運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的程序和運(yùn)行在沒(méi)有操作系統(tǒng)上的程序提供了兩種實(shí)現(xiàn)方式，分別是hosted implementation和freestanding implementation，后

者不依賴C庫(kù)，解決了雞和蛋的問(wèn)題，但是Binutils 什么也不依賴，所以先構(gòu)建它。

5.編譯器為什么會(huì)依賴C庫(kù)，不是翻譯為匯編語(yǔ)言嗎？

C編譯器需要知道C庫(kù)的某些特性，來(lái)決定支持那些特性。C++庫(kù)和編譯器需要C庫(kù)的支持，如異常處理部分和?；厮莶糠?。GCC不僅包含編譯器還包含一些庫(kù)，這些庫(kù)通常依

賴C庫(kù)，C編譯器本身也會(huì)使用C庫(kù)的一些函數(shù)。

6.編譯目標(biāo)的C庫(kù)安裝了什么？

C庫(kù)

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(kù)里，比如將線程相關(guān)函數(shù)封裝在libpthread中，將與加密算法相關(guān)的函數(shù)封裝在

libcrypt中，等等。

Glibc除了安裝庫(kù)文件本身外，還建立了符號(hào)鏈接，動(dòng)態(tài)鏈接時(shí)使用的共享庫(kù)符號(hào)鏈接。其命名格式一般為：libLIBRARY_NAME. ?so.MAJOR_REVISION_VERSION

比如數(shù)學(xué)庫(kù)的共享庫(kù)及其符號(hào)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(xué)庫(kù)的共享庫(kù)本身，libm.so.6是運(yùn)行時(shí)使用的符號(hào)鏈接，libm.so
是編譯鏈接時(shí)使用的符號(hào)鏈接

動(dòng)態(tài)鏈接器
Glibc亦提供了加載共享庫(kù)的工具——?jiǎng)討B(tài)加載器

頭文件
Glibc為應(yīng)用程序的開(kāi)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(lái)轉(zhuǎn)換文件字符編碼的工具iconv。

啟動(dòng)文件

Glibc提供了啟動(dòng)文件，包括crt1.o、crti.o、crtn.o等，這類文件在編譯鏈接時(shí)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(qū)動(dòng)程序
GCC安裝的最主要的是交叉編譯器的驅(qū)動(dòng)程序，包括i686-none-linux-gnu-gcc、i686-none-linux-gnu-g++等。

目標(biāo)系統(tǒng)的庫(kù)和頭文件，GCC中也包含了一些用于目標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)庫(kù)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(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)庫(kù)以及供目標(biāo)系統(tǒng)編譯程序使用的靜態(tài)庫(kù)，子目錄include下包含開(kāi)發(fā)目標(biāo)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(gè)驅(qū)動(dòng)程序，它將調(diào)用具體的程序完成具體的任務(wù)，這些
程序被GCC安裝在libexec目錄下，典型的有編譯器cc1，鏈接過(guò)程調(diào)用的collect2等

freestanding實(shí)現(xiàn)文件

啟動(dòng)文件
與C++相關(guān)的啟動(dòng)文件在GCC中，包括crtbegin.o、crtend.o等