LFS構(gòu)造原理的分析

1、    LFS構(gòu)造原理的分析            作者：章小丹 陳天煌時(shí)間：2007-11-25 12:30:00                     摘 要：隨著Linux用戶(hù)的增加，越來(lái)越多的人愿意自己定制自己的操作系統(tǒng)，LFS就

2、是一種流行的從源代碼構(gòu)建Linux的一種方法。本文分析該方法的構(gòu)建原理，重點(diǎn)分析了Binutils、Gcc和Glibc在構(gòu)建過(guò)程種編譯多次的原因。關(guān)鍵詞：定制 LFS Binutils Gcc Glibc一、引言Linux 是和 Unix很相似的一種操作系統(tǒng)，具有Unix的全部特征，并和POSIX兼容。它是一個(gè)真正的多用戶(hù)多任務(wù)操作系統(tǒng)，是一個(gè)優(yōu)秀的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Linux最大的特點(diǎn)是它是自由的,這種自由有雙重含義。一方面, Linux的自由的意義是它是免費(fèi)的,不必花費(fèi)成本就可以得到它。Linux自由還有另一個(gè)重要的體現(xiàn),那就是Linux 可以提供無(wú)限寬廣的技術(shù)發(fā)揮的自由空間。在購(gòu)買(mǎi)到Li

3、nux之后得到的不僅僅是一個(gè)操作系統(tǒng)，還得到了系統(tǒng)的源代碼。這樣如果不喜歡Linux 的工作方式,就可以改變它(不僅僅是做微小的改動(dòng),你甚至可以安裝你的需求去改動(dòng)整個(gè)操作系統(tǒng))。只要按照通用公共許可證(General Public License)的要求，即可以無(wú)償?shù)刈杂刹捎茫倪M(jìn)，發(fā)展。這也正是Linux發(fā)展如此迅速的一個(gè)原因。開(kāi)放源代碼，也使越來(lái)越多的人不甘于使用現(xiàn)成的發(fā)行版，要想對(duì)Linux完全滿(mǎn)意，必須從頭構(gòu)建自己的系統(tǒng)。本文的LFS正是構(gòu)造Linux的一個(gè)方法。二、LFS及其特點(diǎn)LFS是Linux From Scratch的縮寫(xiě)。"From Scratch"是一個(gè)

4、詞組，它的意思是"從零做起，白手起家，從無(wú)到有"的意思，因此"Linux From Scratch"本質(zhì)上不應(yīng)當(dāng)理解為一個(gè)Linux發(fā)行版名稱(chēng)。它最貼切的含義應(yīng)當(dāng)是一種"方法/思想"：一切從源代碼開(kāi)始的方法/思想。如果把 LFS 比作建筑房子，那么LFS 提供房子的框架藍(lán)圖，但是需要你自己建造它。使用現(xiàn)有的 Linux 系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)自己定制的系統(tǒng)，這個(gè)"完美的"Linux 系統(tǒng)將擁有各種發(fā)行版的優(yōu)點(diǎn)而沒(méi)有它們的缺點(diǎn)。用戶(hù)可以控制系統(tǒng)的所有特征，包括目錄布局、腳本設(shè)置和安全設(shè)置等等。最終的系統(tǒng)將從源代碼直接編譯生成，用

5、戶(hù)可以指定在哪里安裝、為什么安裝以及怎樣安裝每一個(gè)程序。可完全按照自己的需求定制Linux 系統(tǒng)，而且對(duì)系統(tǒng)有更多的控制權(quán)。三、LFS的好處LFS 存在的一個(gè)重要原因是可以幫助人們學(xué)習(xí) Linux 系統(tǒng)內(nèi)部是如何工作的。構(gòu)建一個(gè) LFS 系統(tǒng)會(huì)幫助演示是什么使 Linux 運(yùn)轉(zhuǎn)，各種組件如何在一起互相依賴(lài)的工作。最好的事情是通過(guò)這種學(xué)習(xí)可以獲得完全根據(jù)自己的需求定制 Linux 系統(tǒng)的能力。LFS 的一個(gè)關(guān)鍵的好處是它讓用戶(hù)對(duì)于系統(tǒng)有更多的控制，而不是依賴(lài)于他人的 Linux 實(shí)現(xiàn)。在 LFS 的世界里，你自己坐在司機(jī)的位置，掌控系統(tǒng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。LFS 的另一個(gè)好處是可以創(chuàng)建一個(gè)非常小巧的

6、Linux 系統(tǒng)。當(dāng)安裝一個(gè)常規(guī)的發(fā)行版時(shí)，人們經(jīng)常要被迫安裝一些可能永遠(yuǎn)不會(huì)用到的程序。這些程序浪費(fèi)寶貴的磁盤(pán)空間，更糟的是占用 CPU 資源。自己定制 Linux 系統(tǒng)的另一個(gè)好處是安全性。通過(guò)從源碼編譯整個(gè)系統(tǒng)，你能夠?qū)彶槿魏螙|西，打上所有的安全補(bǔ)丁，而不需要等待別人編譯好修補(bǔ)安全漏洞的二進(jìn)制包。除非是你發(fā)現(xiàn)并制作補(bǔ)丁，否則你無(wú)法確保新的二進(jìn)制包被正確編譯并修正了問(wèn)題。四、LFS的構(gòu)造原理要基于源代碼的方式來(lái)編譯整個(gè)系統(tǒng),那首先要解決的就是工具鏈的問(wèn)題，即需要一個(gè)編譯環(huán)境。所以構(gòu)造LFS系統(tǒng)分兩大步：一是構(gòu)造一個(gè)臨時(shí)的編譯環(huán)境；二是構(gòu)建LFS系統(tǒng)。臨時(shí)編譯環(huán)境其實(shí)也相當(dāng)于一個(gè)小的 Lin

7、ux 系統(tǒng)。只不過(guò)這個(gè)系統(tǒng)將僅包含必要的工具，能夠構(gòu)建最終的LFS系統(tǒng)。構(gòu)建這個(gè)小系統(tǒng)分兩步進(jìn)行，第一步是構(gòu)建一個(gè)新的不依賴(lài)于宿主系統(tǒng)的工具鏈(編譯器、匯編器、連接器、庫(kù)文件以及一些有用的軟件)，第二個(gè)步驟是利用這個(gè)工具鏈去構(gòu)建其它基本的工具。在工具鏈中最基本的是：Binutils、GCC和Glibc。Binutils 是一組開(kāi)發(fā)工具，包括連接器，匯編器和其它用于目標(biāo)文件和檔案的工具。GCC 軟件包包含 GNU 編譯器，其中有 C 和 C+ 編譯器。 Glibc 包含了主要的C庫(kù)。這個(gè)庫(kù)提供了基本的例程，用于分配內(nèi)存、搜索目錄、打開(kāi)關(guān)閉文件、讀寫(xiě)文件、字串處理、模式匹配、數(shù)學(xué)計(jì)算等等。其它的工

8、具必須在他們的基礎(chǔ)上建立。所以在下面講解的過(guò)程主要圍繞著這三個(gè)工具的安裝，以及工具鏈的調(diào)整為主。那么如何來(lái)創(chuàng)建一個(gè)這樣的編譯環(huán)境呢？那就需要一個(gè)現(xiàn)成的系統(tǒng)，稱(chēng)它為宿主系統(tǒng)?，F(xiàn)在總體的思路就是在宿主系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)的環(huán)境，可以chroot到這個(gè)環(huán)境，在該環(huán)境的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)干凈、沒(méi)有問(wèn)題的LFS系統(tǒng)。為了盡量的與宿主系統(tǒng)分開(kāi)，所以要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)自包含、自依賴(lài)的工具鏈。由于這里的工具鏈只起臨時(shí)作用，在完成LFS后可以將其剝離，所以可將編譯的所有文件都放在同一個(gè)文件中（$LFS/tools）。在構(gòu)建過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1這個(gè)過(guò)程在原理上與交叉編譯類(lèi)似，通過(guò)把工具安裝在同一個(gè)目錄(使用相同的“prefi

9、x”)中以便協(xié)同工作，還利用了一點(diǎn) GNU 的 “magic”。2小心處理標(biāo)準(zhǔn)連接器的庫(kù)文件搜索路徑，確保程序僅連接到指定的庫(kù)上。3小心處理 Gcc 的 specs 文件，告訴編譯器要使用哪個(gè)動(dòng)態(tài)連接器。 下面看看具體時(shí)如何實(shí)現(xiàn)的。為了創(chuàng)建一個(gè)干凈的工作環(huán)境，在宿主系統(tǒng)中新創(chuàng)建一個(gè)lfs用戶(hù)組，并添加了lfs用戶(hù)，在安裝過(guò)程中將一直使用該用戶(hù)。首先編譯Binutils ，這時(shí)是使用宿主系統(tǒng)的環(huán)境。毫無(wú)疑問(wèn)現(xiàn)在利用Binutils生成的程序會(huì)受到宿主系統(tǒng)的影響。例如：使用生成的ld（標(biāo)準(zhǔn)連接器）程序?qū)?huì)連接到默認(rèn)的/lib目錄（宿主系統(tǒng)）下的二進(jìn)制文件。然后編譯Gcc，仍然需要宿主系統(tǒng)的環(huán)境。顯

10、然Gcc也受宿主系統(tǒng)的影響，這可以從它的編譯來(lái)看，它依賴(lài)的是宿主的Glibc，而B(niǎo)inutils可以使用剛生成的。Glibc提供了動(dòng)態(tài)連接器，用來(lái)找到并加載一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)所需的共享庫(kù)，在做好程序運(yùn)行的準(zhǔn)備之后，運(yùn)行這個(gè)程序。此時(shí)生成的Gcc會(huì)使用/lib（宿主系統(tǒng)）下的動(dòng)態(tài)連接器，而不是$LFS/tools/lib下的。通過(guò)上面兩步，我們就可以使用剛生成的bintuils和Gcc來(lái)編譯Glibc了?，F(xiàn)在我們將bintuils、Gcc和Glibc都重新編譯了一次。接下來(lái)就要通過(guò)調(diào)整工具鏈來(lái)解決剛提到的兩個(gè)問(wèn)題。一是重新編譯ld，將ld連接到$LFS/tools/lib下的函數(shù)庫(kù)。二是調(diào)整動(dòng)態(tài)連接

11、器，修改Gcc的SPEC文件，將動(dòng)態(tài)連接器連接到/tools/lib/ld-Linux.so.2（ld-Linux.so.2是動(dòng)態(tài)連接器的名字）。到這里看似可以編譯其它的工具了，但是接下來(lái)的工作并不是如此，而是再次編譯了bintuils和Gcc，然后用第一次生成的Glibc和現(xiàn)在生成的bintuils、Gcc來(lái)編譯其它的工具，整個(gè)臨時(shí)環(huán)境才搭建成功。這里有個(gè)問(wèn)題是為什么要將Bintuils和Gcc編譯兩次，可以直接用宿主系統(tǒng)？第一次編譯bintuils和Gcc的目的一方面是為了編譯Glibc；另一方面是為了能自己編譯出第二遍的Gcc，即使得Gcc是自我編譯的。如果直接使用宿主系統(tǒng)可以滿(mǎn)足編譯G

12、libc的要求，但是Gcc就不是自我編譯了。這里為了保證制造的正確性以及使Gcc是自我編譯，所以Binutils和Gcc比其它的工具都多編譯一次。接下面其它工具的編譯都是使用第二次編譯的Binutils和Gcc以及第一次編譯的Glibc。至此，工具鏈就準(zhǔn)備好了，我們可以利用這些工具生成最終的系統(tǒng)。同樣最先生成的軟件還是Binutils和Gcc，不過(guò)在編譯它們之前，我們先編譯出Glibc，它也是我們最終需要的C庫(kù)。再次調(diào)整工具鏈，讓隨后編譯的工具都連接到這個(gè)庫(kù)上。不難理解，在前面的調(diào)整中我們將工具鏈?zhǔn)褂玫膸?kù)從宿主系統(tǒng)轉(zhuǎn)向新安裝的庫(kù)目錄。同樣，現(xiàn)在將工具鏈所使用的庫(kù)從臨時(shí)的庫(kù)轉(zhuǎn)向LFS系統(tǒng)最終的庫(kù)

13、目錄。系統(tǒng)中的其它軟件都是由最新編譯的Binutils、Gcc和Glibc編譯的。最后就是經(jīng)過(guò)配置一些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)啟動(dòng)腳本、創(chuàng)建fstab文件、編譯內(nèi)核并安裝引導(dǎo)程序，最終的LFS系統(tǒng)就可以啟動(dòng)了。五、LFS的擴(kuò)展通過(guò)上面的分析總結(jié)大致的過(guò)程：通過(guò)宿主系統(tǒng)搭建了臨時(shí)的工具鏈，然后通過(guò)工具鏈構(gòu)建了最終的目標(biāo)系統(tǒng)LFS。將LFS建成以后，就可以脫離臨時(shí)編譯環(huán)境。本文所說(shuō)的編譯都是相同的平臺(tái)，前面也提到構(gòu)造臨時(shí)編譯環(huán)境的原理與交叉編譯環(huán)境相似，結(jié)合我們搭建交叉編譯環(huán)境的過(guò)程，如果我們搭建的臨時(shí)工具鏈?zhǔn)且粋€(gè)交叉編譯環(huán)境，最終就應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)跨平臺(tái)的目標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)然具體的細(xì)節(jié)問(wèn)題還需要進(jìn)一步探討。六、小結(jié)直接從源代碼構(gòu)建Linux操作系統(tǒng)，不僅能夠定制自己理想的操作系統(tǒng)，更重要的通過(guò)構(gòu)造LFS能夠加強(qiáng)我們了解Linux內(nèi)部是如何工作。對(duì)于有志研究Linux系統(tǒng)的人，學(xué)習(xí)這個(gè)構(gòu)造方法很有必要。同時(shí)，我們應(yīng)該抓住開(kāi)放源