教你深入理解软件包的配置编译与安装过程

Posted 2020-08-30 zengkefu

 

2017-02-03 嵌入式ARM 嵌入式ARM

从源代码安装过软件的朋友一定对 ./configure && make && make install 安装三步曲非常熟悉了。然而究竟这个过程中的每一步幕后都发生了些什么呢？今天小编将带你一探究竟。

 

深入理解这个过程将有助于你在LFS的基础上玩出自己的花样来。不过需要说明的是这里对 Makefile 和 make 的讲解是相当近视和粗浅的，但是对于理解安装过程来说足够了。

 

概述

 

用一句话来解释这个过程就是：根据源码包中 Makefile.in 文件的指示，configure 脚本检查当前的系统环境和配置选项，在当前目录中生成 Makefile 文件(还有其它无需关心的文件,移植软件时要先配置，然后再修改Makefile文件)，然后 make 程序就按照当前目录中的 Makefile 文件的指示将源代码编译为二进制文件，最后将这些二进制文件移动(即安装)到指定的地方(仍然按照 Makefile 文件的指示)。

 

由此可见 Makefile 文件是幕后的核心。要深入理解安装过程，必须首先对 Makefile 文件有充分的了解。这里将首先讲述 Makefile 与 make ，然后再讲述 configure 脚本。并且在讲述这两部分内容时，提供了尽可能详细的、可以运用于实践的参考资料。

 

Makefile 与 make

 

用一句话来概括Makefile 与 make 的关系就是：Makefile 包含了所有的规则和目标，而 make 则是为了完成目标而去解释 Makefile 规则的工具。

 

make 语法

 

首先看看 make 的命令行语法：

 

make [options] [targets] [VAR=VALUE]...

 

[options]是命令行选项，可以用 make --help 命令查看全部，[VAR=VALUE]是在命令行上指定环境变量，这两个大家都很熟悉，将在稍后详细讲解。而[targets]是什么呢？字面的意思是"目标"，也就是希望本次 make 命令所完成的任务。

 

凭经验猜测，这个[targets]大概可以用"check","install"之类(也就是常见的测试和安装命令)。但是它到底是个啥玩意儿？不带任何"目标"的 make 命令是什么意思？为什么在安装 LFS 工具链中的 Perl-5.8.8 软件包时会出现"make perl utilities"这样怪异的命令？要回答这些问题必须首先理解 Makefile 文件中的"规则"。

 

 

Makefile 规则

 

Makefile 规则包含了文件之间的依赖关系和更新此规则目标所需要的命令。

一个简单的 Makefile 规则是这样写的：

 

TARGET : PREREQUISITES
	COMMAND

TARGET

        规则的目标。也就是可以被 make 使用的"目标"。有些目标可以没有依赖而只有动作(命令行)，比如"clean"，通常仅仅定义一系列删除中间文件的命令。同样，有些目标可以没有动作而只有依赖，比如"all"，通常仅仅用作"终极目标"。

PREREQUISITES

        规则的依赖。通常一个目标依赖于一个或者多个文件。

COMMAND

        规则的命令行。一个规则可以有零个或多个命令行。

 

OK! 现在你明白[targets]是什么了，原来它们来自于 Makefile 文件中一条条规则的目标(TARGET)。另外，Makefile文件中第一条规则的目标被称为"终极目标"，也就是你省略[targets]参数时的目标(通常为"all")。

 

当你查看一个实际的 Makefile 文件时，你会发现有些规则非常复杂，但是它都符合规则的基本格式。此外，Makefile 文件中通常还包含了除规则以外的其它很多东西，不过这里只关心其中的变量。

Makefile 变量

 

Makefile 中的"变量"更像是 C 语言中的宏，代表一个文本字符串(变量的值)，可以用于规则的任何部分。变量的定义很简单：

 

VAR=VALUE；变量的引用也很简单：$(VAR) 或者 ${VAR}。变量引用的展开过程是严格的文本替换过程，就是说变量值的字符串被精确的展开在变量被引用的地方。

 

比如，若定义：VAR=c，那么，"$(VAR) $(VAR)-$(VAR) VAR.$(VAR)"将被展开为"c c-c VAR.c"。

 

虽然在 Makefile 中可以直接使用系统的环境变量，但是也可以通过在 Makefile 中定义同名变量来"遮盖"系统的环境变量。另一方面，我们可以在调用 make 时使用  -e 参数强制使系统中的环境变量覆盖 Makefile 中的同名变量，除此之外，在调用 make 的命令行上使用 VAR=VALUE 格式指定的环境变量也可以覆盖 Makefile 中的同名变量（在移植软件时常用来修改交叉编译器）。

 

Makefile 实例

下面看一个简单的、实际的Makefile文件：

 

1.CC=gcc  

2.CPPFLAGS=  

3.CFLAGS=-O2 -pipe  

4.LDFLAGS=-s  

5.PREFIX=/usr  

6.  

7.all : prog1 prog2  

8.  

9.prog1 : prog1.o  

10.    $(CC) $(LDFLAGS) -o prog1 prog1.o  

11.  

12.prog1.o : prog1.c  

13.    $(CC) -c $(CFLAGS) prog1.c  

14.  

15.prog2 : prog2.o  

16.    $(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -o prog2 prog2.o  

17.  

18.prog2.o : prog2.c  

19.    $(CC) -c $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) prog2.c  

20.  

21.clean :  

22.    rm -f *.{o,a} prog{1,2}  

23.  

24.install : prog1 prog2  

25.    if ( test ! -d $(PREFIX)/bin ) ; then mkdir -p $(PREFIX)/bin ; fi  

26.    cp -f prog1 $(PREFIX)/bin/prog1  

27.    cp -f prog2 $(PREFIX)/bin/prog2  

28.  

29.check test : prog1 prog2  

30.    prog1 < sample1.ref > sample1.rz  

31.    prog1 < sample2.ref > sample3.rz  

32.    cmp sample1.ok sample1.rz  

33.    cmp sample2.ok sample2.rz  

 

从中可以看出，make 与 make all 以及 make prog1 prog2 三条命令其实是等价的。而常用的 make check 和 make install 也找到了归属。同时我们也看到了 Makefile 中的各种变量是如何影响编译的。针对这个特定的 Makefile ，你甚至可以省略安装三步曲中的 make 命令而直接使用 make install 进行安装。

 

同样，为了使用自定义的编译参数编译 prog2 ，我们可以使用 make prog2 CFLAGS="-O3 -march=athlon64" 或 CFLAGS="-O3 -march=athlon64" && make -e prog2 命令达到此目的。

 

Makefile 惯例

 

下面是Makefile中一些约定俗成的目标名称及其含义：

all

• 编译整个软件包，但不重建任何文档。一般此目标作为默认的终极目标。此目标一般对所有源程序的编译和连接使用"-g"选项，以使最终的可执行程序中包含调试信息。可使用 strip 程序去掉这些调试符号。

clean

• 清除当前目录下在 make 过程中产生的文件。它不能删除软件包的配置文件，也不能删除 build 时创建的那些文件。

distclean

• 类似于"clean"，但增加删除当前目录下的的配置文件、build 过程产生的文件。

info

• 产生必要的 Info 文档。

check 或 test

• 完成所有的自检功能。在执行检查之前，应确保所有程序已经被创建(但可以尚未安装)。为了进行测试，需要实现在程序没有安装的情况下被执行的测试命令。

install

• 完成程序的编译并将最终的可执行程序、库文件等拷贝到指定的目录。此种安装一般不对可执行程序进行 strip 操作。

install-strip

• 和"install"类似，但是会对复制到安装目录下的可执行文件进行 strip 操作。

uninstall

• 删除所有由"install"安装的文件。

installcheck

• 执行安装检查。在执行安装检查之前，需要确保所有程序已经被创建并且被安装。

installdirs

• 创建安装目录及其子目录。它不能更改软件的编译目录，而仅仅是创建程序的安装目录。

   

下面是 Makefile 中一些约定俗成的变量名称及其含义：

 

这些约定俗成的变量分为三类。第一类代表可执行程序的名字，例如 CC 代表编译器这个可执行程序；第二类代表程序使用的参数(多个参数使用空格分开)，例如 CFLAGS 代表编译器执行时使用的参数(一种怪异的做法是直接在 CC 中包含参数)；第三类代表安装目录，例如 prefix 等等，含义简单，下面只列出它们的默认值。

 

1.AR   函数库打包程序，可创建静态库.a文档。默认是"ar"。  

2.AS   汇编程序。默认是"as"。  

3.CC   C编译程序。默认是"cc"。  

4.CXX  C++编译程序。默认是"g++"。  

5.CPP  C/C++预处理器。默认是"$(CC) -E"。  

6.FC   Fortran编译器。默认是"f77"。  

7.PC   Pascal语言编译器。默认是"pc"。  

8.YACC Yacc文法分析器。默认是"yacc"。  

9.  

10.ARFLAGS     函数库打包程序的命令行参数。默认值是"rv"。  

11.ASFLAGS     汇编程序的命令行参数。  

12.CFLAGS      C编译程序的命令行参数。  

13.CXXFLAGS    C++编译程序的命令行参数。  

14.CPPFLAGS    C/C++预处理器的命令行参数。  

15.FFLAGS      Fortran编译器的命令行参数。  

16.PFLAGS      Pascal编译器的命令行参数。  

17.YFLAGS      Yacc文法分析器的命令行参数。  

18.LDFLAGS     链接器的命令行参数。  

19.  

20.prefix      /usr/local  

21.exec_prefix $(prefix)  

22.bindir      $(exec_prefix)/bin  

23.sbindir     $(exec_prefix)/sbin  

24.libexecdir  $(exec_prefix)/libexec  

25.datadir     $(prefix)/share  

26.sysconfdir  $(prefix)/etc  

make 选项

最后说说 make 的命令行选项(以Make-3.81版本为准)：

-B, --always-make

• 无条件的重建所有规则的目标，而不是根据规则的依赖关系决定是否重建某些目标文件。

-C DIR, --directory=DIR

• 在做任何动作之前先切换工作目录到 DIR ，然后再执行 make 程序。

-d

• 在 make 执行过程中打印出所有的调试信息。包括：make 认为那些文件需要重建；那些文件需要比较它们的最后修改时间、比较的结果；重建目标所要执行的命令；使用的隐含规则等。使用该选项我们可以看到 make 构造依赖关系链、重建目标过程的所有信息，它等效于"-debug=a"。

--debug=FLAGS

• 在 make 执行过程中打印出调试信息。FLAGS 用于控制调试信息级别：

a

• 输出所有类型的调试信息

b

• 输出基本调试信息。包括：那些目标过期、是否重建成功过期目标文件。

v

• 除 b 级别以外还包括：解析的 makefile 文件名，不需要重建文件等。

i

• 除 b 级别以外还包括：所有使用到的隐含规则描述。

j

• 输出所有执行命令的子进程，包括命令执行的 PID 等。

m

• 输出 make 读取、更新、执行 makefile 的信息

 

-e, --environment-overrides

• 使用系统环境变量的定义覆盖 Makefile 中的同名变量定义。

 

-f FILE, --file=FILE, --makefile=FILE

• 将 FILE 指定为 Makefile 文件。

 

-h, --help

• 打印帮助信息。

 

-i, --ignore-errors

• 忽略规则命令执行过程中的错误。

 

-I DIR, --include-dir=DIR

• 指定包含 Makefile 文件的搜索目录。使用多个"-I"指定目录时，搜索目录按照指定顺序进行。

 

-j [N], --jobs[=N]

• 指定并行执行的命令数目。在没有指定"-j"参数的情况下，执行的命令数目将是系统允许的最大可能数目。

 

-k, --keep-going

• 遇见命令执行错误时不终止 make 的执行，也就是尽可能执行所有的命令，直到出现致命错误才终止。

 

-l [N], --load-average[=N], --max-load[=N]

• 如果系统负荷超过 LOAD(浮点数)，不再启动新任务。

 

-L, --check-symlink-times

• 同时考察符号连接的时间戳和它所指向的目标文件的时间戳，以两者中较晚的时间戳为准。

 

-n, --just-print, --dry-run, --recon

• 只打印出所要执行的命令，但并不实际执行命令。

 

-o FILE, --old-file=FILE, --assume-old=FILE

• 即使相对于它的依赖已经过期也不重建 FILE 文件；同时也不重建依赖于此文件任何文件。

 

-p, --print-data-base

• 命令执行之前，打印出 make 读取的 Makefile 的所有数据（包括规则和变量的值），同时打印出 make 的版本信息。如果只需要打印这些数据信息，可以使用 make -qp 命令。查看 make 执行前的预设规则和变量，可使用命令 make -p -f /dev/null 。

 

-q, --question

• "询问模式"。不运行任何命令，并且无输出，只是返回一个查询状态。返回状态为 0 表示没有目标需要重建，1 表示存在需要重建的目标，2 表示有错误发生。

 

-r, --no-builtin-rules

• 取消所有内嵌的隐含规则，不过你可以在 Makefile 中使用模式规则来定义规则。同时还会取消所有支持后追规则的隐含后缀列表，同样我们也可以在 Makefile 中使用".SUFFIXES"定义我们自己的后缀规则。此选项不会取消 make 内嵌的隐含变量。

 

-R, --no-builtin-variables

• 取消 make 内嵌的隐含变量，不过我们可以在 Makefile 中明确定义某些变量。注意，此选项同时打开了"-r"选项。因为隐含规则是以内嵌的隐含变量为基础的。

 

-s, --silent, --quiet

• 不显示所执行的命令。

 

-S, --no-keep-going, --stop

• 取消"-k"选项。在递归的 make 过程中子 make 通过 MAKEFLAGS 变量继承了上层的命令行选项。我们可以在子 make 中使用"-S"选项取消上层传递的"-k"选项，或者取消系统环境变量 MAKEFLAGS 中的"-k"选项。

 

-t, --touch

• 更新所有目标文件的时间戳到当前系统时间。防止 make 对所有过时目标文件的重建。

 

-v, --version

• 打印版本信息。

 

-w, --print-directory

• 在 make 进入一个目录之前打印工作目录。使用"-C"选项时默认打开这个选项。

 

--no-print-directory

• 取消"-w"选项。可以是用在递归的 make 调用过程中，取消"-C"参数将默认打开"-w"。

 

-W FILE, --what-if=FILE, --new-file=FILE, --assume-new=FILE

• 设定 FILE 文件的时间戳为当前时间，但不改变文件实际的最后修改时间。此选项主要是为实现了对所有依赖于 FILE 文件的目标的强制重建。

 

--warn-undefined-variables

• 在发现 Makefile 中存在对未定义的变量进行引用时给出告警信息。此功能可以帮助我们调试一个存在多级套嵌变量引用的复杂 Makefile 。但是：我们建议在书写 Makefile 时尽量避免超过三级以上的变量套嵌引用。

configure

此阶段的主要目的是生成 Makefile 文件，是最关键的运筹帷幄阶段，基本上所有可以对安装过程进行的个性化调整都集中在这一步。

 

configure 脚本能够对 Makefile 中的哪些内容产生影响呢？基本上可以这么说：所有内容，包括这里最关心的 Makefile 规则与 Makefile 变量。那么又是哪些因素影响着最终生成的 Makefile 文件呢？答曰：系统环境和配置选项。

 

配置选项的影响是显而易见的。但是"系统环境"的概念却很宽泛，包含很多方面内容，不过我们这里只关心环境变量，具体说来就是将来会在 Makefile 中使用到的环境变量以及与 Makefile 中的变量同名的环境变量。

 

通用 configure 语法

在进一步讲述之前，先看看 configure 脚本的语法，一般有两种：

 

configure [OPTIONS] [VAR=VALUE]...

configure [OPTIONS] [HOST]

 

不管是哪种语法，我们都可以用 configure --help 查看所有可用的[OPTIONS]，并且通常在结尾部分还能看到这个脚本所关心的环境变量有哪些。在这里将对这两种语法进行合并，使用下面这种简化的语法：

 

configure [OPTIONS]

 

这种语法能够被所有的 configure 脚本所识别，同时也能通过设置环境变量和使用特定的[OPTIONS]完成上述两种语法的一切功能。

 

通用 configure 选项

 

虽然每个软件包的 configure 脚本千差万别，但是它们却都有一些共同的选项，也基本上都遵守相同的选项语法。

脚本自身选项

--help

• 显示帮助信息。

--version

• 显示版本信息。

--cache-file=FILE

• 在FILE文件中缓存测试结果(默认禁用)。

--no-create

• configure脚本运行结束后不输出结果文件，常用于正式编译前的测试。

--quiet, --silent

• 不显示脚本工作期间输出的"checking ..."消息。

   

 

目录选项

--srcdir=DIR

• 源代码文件所在目录，默认为configure脚本所在目录或其父目录。

--prefix=PREFIX

• 体系无关文件的顶级安装目录PREFIX ，默认值一般是 /usr/local 或 /usr/local/pkgName

--exec-prefix=EPREFIX

• 体系相关文件的顶级安装目录EPREFIX ，默认值一般是 PREFIX

--bindir=DIR

• 用户可执行文件的存放目录DIR ，默认值一般是 EPREFIX/bin

--sbindir=DIR

• 系统管理员可执行目录DIR ，默认值一般是 EPREFIX/sbin

--libexecdir=DIR

• 程序可执行目录DIR ，默认值一般是 EPREFIX/libexec

--datadir=DIR

• 通用数据文件的安装目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/share

--sysconfdir=DIR

• 只读的单一机器数据目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/etc

--sharedstatedir=DIR

• 可写的体系无关数据目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/com

--localstatedir=DIR

• 可写的单一机器数据目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/var

--libdir=DIR

• 库文件的安装目录DIR ，默认值一般是 EPREFIX/lib

--includedir=DIR

• C头文件目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/include

--oldincludedir=DIR

• 非gcc的C头文件目录DIR ，默认值一般是 /usr/include

--infodir=DIR

• Info文档的安装目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/info

--mandir=DIR

• Man文档的安装目录DIR ，默认值一般是 PREFIX/man

 

体系结构选项

玩交叉编译的朋友对这些选项已经很熟悉了，对于不使用交叉编译的朋友也不必担心，不要理它们就可以了。

--build=BUILD

• 工具链当前的运行环境，默认是 config.guess 脚本的输出结果。

--host=HOST

• 编译出的二进制代码将要运行在HOST上，默认值是BUILD。

--target=TARGET

• 编译出的工具链所将来生成的二进制代码要在TARGET上运行，这个选项仅对工具链(也就是GCC和Binutils两者)有意义。

 

特性选项

--enable-FEATURE

• 启用FEATURE特性

--disable-FEATURE

• 禁用FEATURE特性

--with-PACKAGE[=DIR]

• 启用附加软件包PACKAGE，亦可同时指定PACKAGE所在目录DIR

• --without-PACKAGE

• 禁用附加软件包PACKAGE

 

通用环境变量

除了上述通用的选项外，下列环境变量影响着最终生成的 Makefile 文件：

CPP

• C预处理器命令

CXXCPP

• C++预处理器命令

CPPFLAGS

• C/C++预处理器命令行参数

CC

• C编译器命令

CFLAGS

• C编译器命令行参数

CXX

• C++编译器命令

CXXFLAGS

• C++编译器命令行参数

LDFLAGS

• 连接器命令行参数

至于设置这些环境变量的方法，你可以将它们 export 为全局变量在全局范围内使用，也可以在命令行上使用 [VAR=VALUE]... configure [OPTIONS] 的语法局部使用。今天就不详细描述了。