Linux下原始碼編譯安裝詳解

前言

原始碼要執行，必須先轉成二進位制的機器碼。這是編譯器的任務。

比如，下面這段原始碼（假定檔名叫做test.c）。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
  fputs("Hello, world!n", stdout);
  return 0;
}

要先用編譯器處理一下，才能執行。

$ gcc test.c
$ ./a.out
Hello, world!

對於複雜的專案，編譯過程還必須分成三步。

$ ./configure
$ make  
$ make install

編譯過程流程圖：

一.編譯的具體過程

1. 設定（configure）

編譯器在開始工作之前，需要知道當前的系統環境，比如標準庫在哪裡、軟體的安裝位置在哪裡、需要安裝哪些元件等等。這是因為不同計算機的系統環境不一樣，通過指定編譯引數，編譯器就可以靈活適應環境，編譯出各種環境都能執行的機器碼。這個確定編譯引數的步驟，就叫做"設定"（configure）。

這些設定資訊儲存在一個組態檔之中，約定俗成是一個叫做configure的指令碼檔案。通常它是由autoconf工具生成的。編譯器通過執行這個指令碼，獲知編譯引數。

configure指令碼已經盡量考慮到不同系統的差異，並且對各種編譯引數給出了預設值。如果使用者的系統環境比較特別，或者有一些特定的需求，就需要手動向configure指令碼提供編譯引數。

$ ./configure --prefix=/www --with-mysql

上面程式碼是php原始碼的一種編譯設定，使用者指定安裝後的檔案儲存在www目錄，並且編譯時加入mysql模組的支援。

2. 確定標準庫和標頭檔案的位置

原始碼肯定會用到標準庫函數（standard library）和標頭檔案（header）。它們可以存放在系統的任意目錄中，編譯器實際上沒辦法自動檢測它們的位置，只有通過組態檔才能知道。

編譯的第二步，就是從組態檔中知道標準庫和標頭檔案的位置。一般來說，組態檔會給出一個清單，列出幾個具體的目錄。等到編譯時，編譯器就按順序到這幾個目錄中，尋找目標。

3. 確定依賴關係

對於大型專案來說，原始碼檔案之間往往存在依賴關係，編譯器需要確定編譯的先後順序。假定A檔案依賴於B檔案，編譯器應該保證做到下面兩點。

（1）只有在B檔案編譯完成後，才開始編譯A檔案。

（2）當B檔案發生變化時，A檔案會被重新編譯。

編譯順序儲存在一個叫做makefile的檔案中，裡面列出哪個檔案先編譯，哪個檔案後編譯。而makefile檔案由configure指令碼執行生成，這就是為什麼編譯時configure必須首先執行的原因。

在確定依賴關係的同時，編譯器也確定了，編譯時會用到哪些標頭檔案。

4. 標頭檔案的預編譯（precompilation）

不同的原始碼檔案，可能參照同一個標頭檔案（比如stdio.h）。編譯的時候，標頭檔案也必須一起編譯。為了節省時間，編譯器會在編譯原始碼之前，先編譯標頭檔案。這保證了標頭檔案只需編譯一次，不必每次用到的時候，都重新編譯了。

不過，並不是標頭檔案的所有內容，都會被預編譯。用來宣告宏的#define命令，就不會被預編譯。

5. 預處理（Preprocessing）

預編譯完成後，編譯器就開始替換掉原始碼中bash的標頭檔案和宏。以本文開頭的那段原始碼為例，它包含標頭檔案stdio.h，替換後的樣子如下。

extern int fputs(const char *, FILE *);
extern FILE *stdout;

int main(void)
{
    fputs("Hello, world!n", stdout);
    return 0;
}

為了便於閱讀，上面程式碼只擷取了標頭檔案中與原始碼相關的那部分，即fputs和FILE的宣告，省略了stdio.h的其他部分（因為它們非常長）。另外，上面程式碼的標頭檔案沒有經過預編譯，而實際上，插入原始碼的是預編譯後的結果。編譯器在這一步還會移除注釋。

這一步稱為"預處理"（Preprocessing），因為完成之後，就要開始真正的處理了。

6. 編譯（Compilation）

預處理之後，編譯器就開始生成機器碼。對於某些編譯器來說，還存在一個中間步驟，會先把原始碼轉為組合碼（assembly），然後再把組合碼轉為機器碼。

下面是本文開頭的那段原始碼轉成的組合碼。

    .file   "test.c"
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "Hello, world!n"
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    movq    stdout(%rip), %rax
    movq    %rax, %rcx
    movl    $14, %edx
    movl    $1, %esi
    movl    $.LC0, %edi
    call    fwrite
    movl    $0, %eax
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Debian 4.9.1-19) 4.9.1"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

這種轉碼後的檔案稱為物件檔案（object file）。

註：make (gcc), 其呼叫 gcc 執行編譯的過程依賴於組態檔makefile

7. 連線（Linking）

物件檔案還不能執行，必須進一步轉成??執行檔案。如果你仔細看上一步的轉碼結果，會發現其中參照了stdout函數和fwrite函數。也就是說，程式要正常執行，除了上面的程式碼以外，還必須有stdout和fwrite這兩個函數的程式碼，它們是由C語言的標準庫提供的。

編譯器的下一步工作，就是把外部函數的程式碼（通常是字尾名為.lib和.a的檔案），新增到可執行檔案中。這就叫做連線（linking）。這種通過拷貝，將外部函數庫新增到可執行檔案的方式，叫做靜態連線（static linking），後文會提到還有動態連線（dynamic linking）。

make命令的作用，就是從第四步標頭檔案預編譯開始，一直到做完這一步。

8. 安裝（Installation）

上一步的連線是在記憶體中進行的，即編譯器在記憶體中生成了可執行檔案。下一步，必須將可執行檔案儲存到使用者事先指定的安裝目錄。

表面上，這一步很簡單，就是將可執行檔案（連帶相關的資料檔案）拷貝過去就行了。但是實際上，這一步還必須完成建立目錄、儲存檔案、設定許可權等步驟。這整個的儲存過程就稱為"安裝"（Installation）。

9. 作業系統連線

可執行檔案安裝後，必須以某種方式通知作業系統，讓其知道可以使用這個程式了。比如，我們安裝了一個文字閱讀程式，往往希望雙擊txt檔案，該程式就會自動執行。

這就要求在作業系統中，登記這個程式的後設資料：檔名、檔案描述、關聯字尾名等等。Linux系統中，這些資訊通常儲存在/usr/share/applications目錄下的.desktop檔案中。另外，在Windows作業系統中，還需要在Start啟動選單中，建立一個快捷方式。

這些事情就叫做"作業系統連線"。make install命令，就用來完成"安裝"和"作業系統連線"這兩步。

10. 生成安裝包

寫到這裡，原始碼編譯的整個過程就基本完成了。但是只有很少一部分使用者，願意耐著性子，從頭到尾做一遍這個過程。事實上，如果你只有原始碼可以交給使用者，他們會認定你是一個不友好的傢伙。大部分使用者要的是一個二進位制的可執行程式，立刻就能執行。這就要求開發者，將上一步生成的可執行檔案，做成可以分發的安裝包。

所以，編譯器還必須有生成安裝包的功能。通常是將可執行檔案（連帶相關的資料檔案），以某種目錄結構，儲存成壓縮檔案包，交給使用者。

11. 動態連線（Dynamic linking）

正常情況下，到這一步，程式已經可以執行了。至於執行期間（runtime）發生的事情，與編譯器一概無關。但是，開發者可以在編譯階段選擇可執行檔案連線外部函數庫的方式，到底是靜態連線（編譯時連線），還是動態連線（執行時連線）。所以，最後還要提一下，什麼叫做動態連線。

前面已經說過，靜態連線就是把外部函數庫，拷貝到可執行檔案中。這樣做的好處是，適用範圍比較廣，不用擔心使用者機器缺少某個庫檔案；缺點是安裝包會比較大，而且多個應用程式之間，無法共用庫檔案。動態連線的做法正好相反，外部函數庫不進入安裝包，只在執行時動態參照。好處是安裝包會比較小，多個應用程式可以共用庫檔案；缺點是使用者必須事先安裝好庫檔案，而且版本和安裝位置都必須符合要求，否則就不能正常執行。

現實中，大部分軟體採用動態連線，共用庫檔案。這種動態共用的庫檔案，Linux平台是字尾名為.so的檔案，Windows平台是.dll檔案，Mac平台是.dylib檔案。

二、Linux編譯安裝的具體實現

1.編譯安裝源程式的前提：

1）.提供開發環境：開發工具和開發庫

2）.編譯安裝需要的包組：

Development Tools、Server Platform Development、Desktop Platform Development、Debug Tools

2.configure指令碼常用的選項：

--help獲取./configure指令碼幫助
--prefix=: 指定安裝路徑；多數程式都有預設安裝路徑；
--sysconfidr=: 指定組態檔安裝路徑；
--with-PACKAGE[=ARG]：在自由軟體社群裡,有使用已有軟體包和庫的優秀傳統.當用'configure'來設定一個原始碼樹時,
可以提供其他已經安裝的軟體包的資訊
--without-PACKAGE：有時候你可能不想讓你的軟體包與系統已有的軟體包互動。例如，你可能不想讓你的新編譯器使用
GNU ld
--enable-FEATURE：一些軟體包可能提供了一些預設被禁止的特性,可以使用'--enable-FEATURE'來起用它
--disable-EEATURE：關閉指定的預設特性

3.編譯安裝源程式方法：

1）、展開原始碼，找INSTALL、README；不存在此類檔案時，找專案官方文件；

2）、根據安裝說明執行安裝操作；

3.程式安裝於專用目錄時，安裝後的設定：

1）、匯出二進位制程式所在路徑至PATH環境中

# export PATH=/usr/local/nginx/sbin:$PATH

實現永久有效的辦法：
                /etc/profile.d/*.sh

2）、匯出庫檔案給OS

OS查詢庫檔案方法：根據/etc/ld.so.conf組態檔指定的路徑搜尋，或搜尋/lib, /lib64, /usr/lib, /usr/lib64，把查詢到的所有的庫檔案路徑和其名稱對映關係儲存為一個快取檔案/etc/ld.so.cache；

/etc/ld.so.conf組態檔有其它組成部分：/etc/ld.so.conf.d/*.conf

假設nginx安裝於/usr/local/nginx，此目錄中有其庫檔案子目錄lib，匯出此目錄中庫檔案：

（1）新建檔案/etc/ld.so.conf.d/nginx.conf，在檔案新增如下行：

/usr/local/nginx/lib

(2) 執行命令:ldconfig

ldconfig的主要用途：

預設搜尋/lilb和/usr/lib，以及組態檔/etc/ld.so.conf內所列的目錄下的庫檔案。

搜尋出可共用的動態連結庫，庫檔案的格式為：lib***.so.**，進而建立出動態裝入程式(ld.so)所需的連線和快取檔案。

快取檔案預設為/etc/ld.so.cache，該檔案儲存已排好序的動態連結庫名字列表。

ldconfig通常在系統啟動時執行，而當使用者安裝了一個新的動態連結庫時，就需要手工執行這個命令。

常用選項：

-v： 用此選項時,ldconfig將顯示正在掃描的目錄及搜尋到的動態連結庫,還有它所建立的連線的名字.
-p: 顯示當前OS已經載入到的所有庫檔名稱及其檔案所在路徑的對映關係；

ldconfig需要注意的地方：

（a）、往/lib和/usr/lib裡面加東西，是不用修改/etc/ld.so.conf檔案的，但是新增完後需要呼叫下ldconfig，不然新增的library會找不到。

（b）、如果新增的library不在/lib和/usr/lib裡面的話，就一定要修改/etc/ld.so.conf檔案，往該檔案追加library所在的路徑，然後也需要重新呼叫下ldconfig命令。比如在安裝mysql的時候，其庫檔案/usr/local/mysql/lib，就需要追加到/etc/ld.so.conf檔案中。命令如下：

# echo "/usr/local/mysql/lib" >> /etc/ld.so.conf

# ldconfig -v | grep mysql

（c）、如果新增的library不在/lib或/usr/lib下，但是卻沒有許可權操作寫/etc/ld.so.conf檔案的話，這時就需要往export裡寫一個全域性變數LD_LIBRARY_PATH，就可以了。

（3）、幫助檔案匯出

man命令搜尋特定路徑查詢手冊頁檔案，這些路徑是定義在/etc/man.config中的MANPATH引數所指定的路徑下的；

新增辦法：編輯/etc/man.config檔案，新增一個MANPATH引數，其值為新安裝程式的man手冊所在的目錄；

            /usr/local/nginx/share/man/{man1,man8}

            man -M /path/to/man KEYWORD

（4）、標頭檔案匯出

有些程式安裝後會生成對自己擁有庫檔案呼叫介面相關標頭檔案系統查詢標頭檔案的路徑為/usr/include

匯出獨立安裝應用程式的標頭檔案方法：建立連結至/usr/include下即可；

例如：

/usr/local/nginx/include
# ln -sv /usr/local/nginx/include/* /usr/include/
# ln -sv /usr/local/nginx/include /usr/include/nginx

perl源程式的編譯安裝方法：

    (1) perl Makefile.in
    (2) make
    (3) make install

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