深入理解軟件包的配置、編譯與安裝

作者：金步國

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前言

從源代碼安裝過軟件的朋友一定對 ./configure && make && make install 安裝三步曲非常熟悉了。然而究竟這個過程中的每一步幕后都發(fā)生了些什么呢？本文將帶領(lǐng)你一探究竟。深入理解這個過程將有助于你在LFS的基礎(chǔ)上玩出自己的花樣來。不過需要說明的是本文對 Makefile 和 make 的講解是相當近視和粗淺的，但是對于理解安裝過程來說足夠了。

概述

用一句話來解釋這個過程就是：

根據(jù)源碼包中 Makefile.in 文件的指示，configure 腳本檢查當前的系統(tǒng)環(huán)境和配置選項，在當前目錄中生成 Makefile 文件(還有其它本文無需關(guān)心的文件)，然后 make 程序就按照當前目錄中的 Makefile 文件的指示將源代碼編譯為二進制文件，最后將這些二進制文件移動(即安裝)到指定的地方(仍然按照 Makefile 文件的指示)。

由此可見 Makefile 文件是幕后的核心。要深入理解安裝過程，必須首先對 Makefile 文件有充分的了解。本文將首先講述 Makefile 與 make ，然后再講述 configure 腳本。并且在講述這兩部分內(nèi)容時，提供了盡可能詳細的、可以運用于實踐的參考資料。

Makefile 與 make

用一句話來概括Makefile 與 make 的關(guān)系就是：
Makefile 包含了所有的規(guī)則和目標，而 make 則是為了完成目標而去解釋 Makefile 規(guī)則的工具。

make 語法

首先看看 make 的命令行語法：

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

[options]是命令行選項，可以用 make --help 命令查看全部，[VAR=VALUE]是在命令行上指定環(huán)境變量，這兩個大家都很熟悉，將在稍后詳細講解。而[targets]是什么呢？字面的意思是"目標"，也就是希望本次 make 命令所完成的任務(wù)。憑經(jīng)驗猜測，這個[targets]大概可以用"ckeck","install"之類(也就是常見的測試和安裝命令)。但是它到底是個啥玩意兒？不帶任何"目標"的 make 命令是什么意思？為什么在安裝 LFS 工具鏈中的 Perl-5.8.8 軟件包時會出現(xiàn)"make perl utilities"這樣怪異的命令？要回答這些問題必須首先理解 Makefile 文件中的"規(guī)則"。

Makefile 規(guī)則

Makefile 規(guī)則包含了文件之間的依賴關(guān)系和更新此規(guī)則目標所需要的命令。

一個簡單的 Makefile 規(guī)則是這樣寫的：

TARGET : PREREQUISITES
COMMAND

TARGET

規(guī)則的目標。也就是可以被 make 使用的"目標"。有些目標可以沒有依賴而只有動作(命令行)，比如"clean"，通常僅僅定義一系列刪除中間文件的命令。同樣，有些目標可以沒有動作而只有依賴，比如"all"，通常僅僅用作"終極目標"。

PREREQUISITES

規(guī)則的依賴。通常一個目標依賴于一個或者多個文件。

COMMAND

規(guī)則的命令行。一個規(guī)則可以有零個或多個命令行。

OK! 現(xiàn)在你明白[targets]是什么了，原來它們來自于 Makefile 文件中一條條規(guī)則的目標(TARGET)。另外，Makefile文件中第一條規(guī)則的目標被稱為"終極目標"，也就是你省略[targets]參數(shù)時的目標(通常為"all")。

當你查看一個實際的 Makefile 文件時，你會發(fā)現(xiàn)有些規(guī)則非常復(fù)雜，但是它都符合規(guī)則的基本格式。此外，Makefile 文件中通常還包含了除規(guī)則以外的其它很多東西，不過本文只關(guān)心其中的變量。

Makefile 變量

Makefile 中的"變量"更像是 C 語言中的宏，代表一個文本字符串(變量的值)，可以用于規(guī)則的任何部分。變量的定義很簡單：VAR=VALUE；變量的引用也很簡單：$(VAR) 或者 ${VAR}。變量引用的展開過程是嚴格的文本替換過程，就是說變量值的字符串被精確的展開在變量被引用的地方。比如，若定義：VAR=c，那么，"$(VAR) $(VAR)-$(VAR) VAR.$(VAR)"將被展開為"c c-c VAR.c"。

雖然在 Makefile 中可以直接使用系統(tǒng)的環(huán)境變量，但是也可以通過在 Makefile 中定義同名變量來"遮蓋"系統(tǒng)的環(huán)境變量。另一方面，我們可以在調(diào)用 make 時使用 -e 參數(shù)強制使系統(tǒng)中的環(huán)境變量覆蓋 Makefile 中的同名變量，除此之外，在調(diào)用 make 的命令行上使用 VAR=VALUE 格式指定的環(huán)境變量也可以覆蓋 Makefile 中的同名變量。

Makefile 實例

下面看一個簡單的、實際的Makefile文件：

CC=gcc
CPPFLAGS=
CFLAGS=-O2 -pipe
LDFLAGS=-s
PREFIX=/usr
all : prog1 prog2
prog1 : prog1.o
$(CC) $(LDFLAGS) -o prog1 prog1.o
prog1.o : prog1.c
$(CC) -c $(CFLAGS) prog1.c
prog2 : prog2.o
$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -o prog2 prog2.o
prog2.o : prog2.c
$(CC) -c $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) prog2.c
clean :
rm -f *.{o,a} prog{1,2}
install : prog1 prog2
if ( test ! -d $(PREFIX)/bin ) ; then mkdir -p $(PREFIX)/bin ; fi
cp -f prog1 $(PREFIX)/bin/prog1
cp -f prog2 $(PREFIX)/bin/prog2
check test : prog1 prog2
prog1 < sample1.ref > sample1.rz
prog1 < sample2.ref > sample3.rz
cmp sample1.ok sample1.rz
cmp sample2.ok sample2.rz

從中可以看出，make 與 make all 以及 make prog1 prog2 三條命令其實是等價的。而常用的 make check 和 make install 也找到了歸屬。同時我們也看到了 Makefile 中的各種變量是如何影響編譯的。針對這個特定的 Makefile ，你甚至可以省略安裝三步曲中的 make 命令而直接使用 make install 進行安裝。

同樣，為了使用自定義的編譯參數(shù)編譯 prog2 ，我們可以使用 make prog2 CFLAGS="-O3 -march=athlon64" 或 CFLAGS="-O3 -march=athlon64" && make -e prog2 命令達到此目的。

Makefile 慣例

下面是Makefile中一些約定俗成的目標名稱及其含義：

all

編譯整個軟件包，但不重建任何文檔。一般此目標作為默認的終極目標。此目標一般對所有源程序的編譯和連接使用"-g"選項，以使最終的可執(zhí)行程序中包含調(diào)試信息?？墒褂?strip 程序去掉這些調(diào)試符號。

clean

清除當前目錄下在 make 過程中產(chǎn)生的文件。它不能刪除軟件包的配置文件，也不能刪除 build 時創(chuàng)建的那些文件。

distclean

類似于"clean"，但增加刪除當前目錄下的的配置文件、build 過程產(chǎn)生的文件。

info

產(chǎn)生必要的 Info 文檔。

check 或 test

完成所有的自檢功能。在執(zhí)行檢查之前，應(yīng)確保所有程序已經(jīng)被創(chuàng)建(但可以尚未安裝)。為了進行測試，需要實現(xiàn)在程序沒有安裝的情況下被執(zhí)行的測試命令。

install

完成程序的編譯并將最終的可執(zhí)行程序、庫文件等拷貝到指定的目錄。此種安裝一般不對可執(zhí)行程序進行 strip 操作。

install-strip

和"install"類似，但是會對復(fù)制到安裝目錄下的可執(zhí)行文件進行 strip 操作。

uninstall

刪除所有由"install"安裝的文件。

installcheck

執(zhí)行安裝檢查。在執(zhí)行安裝檢查之前，需要確保所有程序已經(jīng)被創(chuàng)建并且被安裝。

installdirs

創(chuàng)建安裝目錄及其子目錄。它不能更改軟件的編譯目錄，而僅僅是創(chuàng)建程序的安裝目錄。

下面是 Makefile 中一些約定俗成的變量名稱及其含義：

這些約定俗成的變量分為三類。第一類代表可執(zhí)行程序的名字，例如 CC 代表編譯器這個可執(zhí)行程序；第二類代表程序使用的參數(shù)(多個參數(shù)使用空格分開)，例如 CFLAGS 代表編譯器執(zhí)行時使用的參數(shù)(一種怪異的做法是直接在 CC 中包含參數(shù))；第三類代表安裝目錄，例如 prefix 等等，含義簡單，下面只列出它們的默認值。

AR   函數(shù)庫打包程序，可創(chuàng)建靜態(tài)庫.a文檔。默認是"ar"。
AS   匯編程序。默認是"as"。
CC   C編譯程序。默認是"cc"。
CXX  C++編譯程序。默認是"g++"。
CPP  C/C++預(yù)處理器。默認是"$(CC) -E"。
FC   Fortran編譯器。默認是"f77"。
PC   Pascal語言編譯器。默認是"pc"。
YACC Yacc文法分析器。默認是"yacc"。
ARFLAGS     函數(shù)庫打包程序的命令行參數(shù)。默認值是"rv"。
ASFLAGS     匯編程序的命令行參數(shù)。
CFLAGS      C編譯程序的命令行參數(shù)。
CXXFLAGS    C++編譯程序的命令行參數(shù)。
CPPFLAGS    C/C++預(yù)處理器的命令行參數(shù)。
FFLAGS      Fortran編譯器的命令行參數(shù)。
PFLAGS      Pascal編譯器的命令行參數(shù)。
YFLAGS      Yacc文法分析器的命令行參數(shù)。
LDFLAGS     鏈接器的命令行參數(shù)。
prefix      /usr/local
exec_prefix $(prefix)
bindir      $(exec_prefix)/bin
sbindir     $(exec_prefix)/sbin
libexecdir  $(exec_prefix)/libexec
datadir     $(prefix)/share
sysconfdir  $(prefix)/etc
sharedstatedir $(prefix)/com
localstatedir  $(prefix)/var
libdir      $(exec_prefix)/lib
infodir     $(prefix)/info
includedir  $(prefix)/include
oldincludedir  $(prefix)/include
mandir      $(prefix)/man
srcdir      需要編譯的源文件所在的目錄，無默認值

make 選項

最后說說 make 的命令行選項(以Make-3.81版本為準)：

-B, --always-make

無條件的重建所有規(guī)則的目標，而不是根據(jù)規(guī)則的依賴關(guān)系決定是否重建某些目標文件。

-C DIR, --directory=DIR

在做任何動作之前先切換工作目錄到 DIR ，然后再執(zhí)行 make 程序。

-d

在 make 執(zhí)行過程中打印出所有的調(diào)試信息。包括：make 認為那些文件需要重建；那些文件需要比較它們的最后修改時間、比較的結(jié)果；重建目標所要執(zhí)行的命令；使用的隱含規(guī)則等。使用該選項我們可以看到 make 構(gòu)造依賴關(guān)系鏈、重建目標過程的所有信息，它等效于"-debug=a"。

--debug=FLAGS

在 make 執(zhí)行過程中打印出調(diào)試信息。FLAGS 用于控制調(diào)試信息級別：

a

輸出所有類型的調(diào)試信息

b

輸出基本調(diào)試信息。包括：那些目標過期、是否重建成功過期目標文件。

v

除 b 級別以外還包括：解析的 makefile 文件名，不需要重建文件等。

i

除 b 級別以外還包括：所有使用到的隱含規(guī)則描述。

j

輸出所有執(zhí)行命令的子進程，包括命令執(zhí)行的 PID 等。

m

輸出 make 讀取、更新、執(zhí)行 makefile 的信息。

-e, --environment-overrides

使用系統(tǒng)環(huán)境變量的定義覆蓋 Makefile 中的同名變量定義。

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

將 FILE 指定為 Makefile 文件。

-h, --help

打印幫助信息。

-i, --ignore-errors

忽略規(guī)則命令執(zhí)行過程中的錯誤。

-I DIR, --include-dir=DIR

指定包含 Makefile 文件的搜索目錄。使用多個"-I"指定目錄時，搜索目錄按照指定順序進行。

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

指定并行執(zhí)行的命令數(shù)目。在沒有指定"-j"參數(shù)的情況下，執(zhí)行的命令數(shù)目將是系統(tǒng)允許的最大可能數(shù)目。

-k, --keep-going

遇見命令執(zhí)行錯誤時不終止 make 的執(zhí)行，也就是盡可能執(zhí)行所有的命令，直到出現(xiàn)致命錯誤才終止。

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

如果系統(tǒng)負荷超過 LOAD(浮點數(shù))，不再啟動新任務(wù)。

-L, --check-symlink-times

同時考察符號連接的時間戳和它所指向的目標文件的時間戳，以兩者中較晚的時間戳為準。

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

只打印出所要執(zhí)行的命令，但并不實際執(zhí)行命令。

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

即使相對于它的依賴已經(jīng)過期也不重建 FILE 文件；同時也不重建依賴于此文件任何文件。

-p, --print-data-base

命令執(zhí)行之前，打印出 make 讀取的 Makefile 的所有數(shù)據(jù)（包括規(guī)則和變量的值），同時打印出 make 的版本信息。如果只需要打印這些數(shù)據(jù)信息，可以使用 make -qp 命令。查看 make 執(zhí)行前的預(yù)設(shè)規(guī)則和變量，可使用命令 make -p -f /dev/null 。

-q, --question

"詢問模式"。不運行任何命令，并且無輸出，只是返回一個查詢狀態(tài)。返回狀態(tài)為 0 表示沒有目標需要重建，1 表示存在需要重建的目標，2 表示有錯誤發(fā)生。

-r, --no-builtin-rules

取消所有內(nèi)嵌的隱含規(guī)則，不過你可以在 Makefile 中使用模式規(guī)則來定義規(guī)則。同時還會取消所有支持后追規(guī)則的隱含后綴列表，同樣我們也可以在 Makefile 中使用".SUFFIXES"定義我們自己的后綴規(guī)則。此選項不會取消 make 內(nèi)嵌的隱含變量。

-R, --no-builtin-variables

取消 make 內(nèi)嵌的隱含變量，不過我們可以在 Makefile 中明確定義某些變量。注意，此選項同時打開了"-r"選項。因為隱含規(guī)則是以內(nèi)嵌的隱含變量為基礎(chǔ)的。

-s, --silent, --quiet

不顯示所執(zhí)行的命令。

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

取消"-k"選項。在遞歸的 make 過程中子 make 通過 MAKEFLAGS 變量繼承了上層的命令行選項。我們可以在子 make 中使用"-S"選項取消上層傳遞的"-k"選項，或者取消系統(tǒng)環(huán)境變量 MAKEFLAGS 中的"-k"選項。

-t, --touch

更新所有目標文件的時間戳到當前系統(tǒng)時間。防止 make 對所有過時目標文件的重建。

-v, --version

打印版本信息。

-w, --print-directory

在 make 進入一個目錄之前打印工作目錄。使用"-C"選項時默認打開這個選項。

--no-print-directory

取消"-w"選項。可以是用在遞歸的 make 調(diào)用過程中，取消"-C"參數(shù)將默認打開"-w"。

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

設(shè)定 FILE 文件的時間戳為當前時間，但不改變文件實際的最后修改時間。此選項主要是為實現(xiàn)了對所有依賴于 FILE 文件的目標的強制重建。

--warn-undefined-variables

在發(fā)現(xiàn) Makefile 中存在對未定義的變量進行引用時給出告警信息。此功能可以幫助我們調(diào)試一個存在多級套嵌變量引用的復(fù)雜 Makefile 。但是：我們建議在書寫 Makefile 時盡量避免超過三級以上的變量套嵌引用。

configure

此階段的主要目的是生成 Makefile 文件，是最關(guān)鍵的運籌帷幄階段，基本上所有可以對安裝過程進行的個性化調(diào)整都集中在這一步。

configure 腳本能夠?qū)?Makefile 中的哪些內(nèi)容產(chǎn)生影響呢？基本上可以這么說：所有內(nèi)容，包括本文最關(guān)心的 Makefile 規(guī)則與 Makefile 變量。那么又是哪些因素影響著最終生成的 Makefile 文件呢？答曰：系統(tǒng)環(huán)境和配置選項。

配置選項的影響是顯而易見的。但是"系統(tǒng)環(huán)境"的概念卻很寬泛，包含很多方面內(nèi)容，不過我們這里只關(guān)心環(huán)境變量，具體說來就是將來會在 Makefile 中使用到的環(huán)境變量以及與 Makefile 中的變量同名的環(huán)境變量。

通用 configure 語法

在進一步講述之前，先看看 configure 腳本的語法，一般有兩種：

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

configure [OPTIONS] [HOST]

不管是哪種語法，我們都可以用 configure --help 查看所有可用的[OPTIONS]，并且通常在結(jié)尾部分還能看到這個腳本所關(guān)心的環(huán)境變量有哪些。在本文中將對這兩種語法進行合并，使用下面這種簡化的語法：

configure [OPTIONS]

這種語法能夠被所有的 configure 腳本所識別，同時也能通過設(shè)置環(huán)境變量和使用特定的[OPTIONS]完成上述兩種語法的一切功能。

通用 configure 選項

雖然每個軟件包的 configure 腳本千差萬別，但是它們卻都有一些共同的選項，也基本上都遵守相同的選項語法。

腳本自身選項

--help

顯示幫助信息。

--version

顯示版本信息。

--cache-file=FILE

在FILE文件中緩存測試結(jié)果(默認禁用)。

--no-create

configure腳本運行結(jié)束后不輸出結(jié)果文件，常用于正式編譯前的測試。

--quiet, --silent

不顯示腳本工作期間輸出的"checking ..."消息。

目錄選項

--srcdir=DIR

源代碼文件所在目錄，默認為configure腳本所在目錄或其父目錄。

--prefix=PREFIX

體系無關(guān)文件的頂級安裝目錄PREFIX ，默認值一般是 /usr/local 或 /usr/local/pkgName

--exec-prefix=EPREFIX

體系相關(guān)文件的頂級安裝目錄EPREFIX ，默認值一般是 PREFIX

--bindir=DIR

用戶可執(zhí)行文件的存放目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/bin

--sbindir=DIR

系統(tǒng)管理員可執(zhí)行目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/sbin

--libexecdir=DIR

程序可執(zhí)行目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/libexec

--datadir=DIR

通用數(shù)據(jù)文件的安裝目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/share

--sysconfdir=DIR

只讀的單一機器數(shù)據(jù)目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/etc

--sharedstatedir=DIR

可寫的體系無關(guān)數(shù)據(jù)目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/com

--localstatedir=DIR

可寫的單一機器數(shù)據(jù)目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/var

--libdir=DIR

庫文件的安裝目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/lib

--includedir=DIR

C頭文件目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/include

--oldincludedir=DIR

非gcc的C頭文件目錄DIR ，默認值一般是 /usr/include

--infodir=DIR

Info文檔的安裝目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/info

--mandir=DIR

Man文檔的安裝目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/man

體系結(jié)構(gòu)選項

玩交叉編譯的朋友對這些選項已經(jīng)很熟悉了，對于不使用交叉編譯的朋友也不必擔心，不要理它們就可以了。

--build=BUILD

工具鏈當前的運行環(huán)境，默認是 config.guess 腳本的輸出結(jié)果。

--host=HOST

編譯出的二進制代碼將要運行在HOST上，默認值是BUILD。

--target=TARGET

編譯出的工具鏈所將來生成的二進制代碼要在TARGET上運行，這個選項僅對工具鏈(也就是GCC和Binutils兩者)有意義。

特性選項

--enable-FEATURE

啟用FEATURE特性

--disable-FEATURE

禁用FEATURE特性

--with-PACKAGE[=DIR]

啟用附加軟件包PACKAGE，亦可同時指定PACKAGE所在目錄DIR

--without-PACKAGE

禁用附加軟件包PACKAGE

通用環(huán)境變量

除了上述通用的選項外，下列環(huán)境變量影響著最終生成的 Makefile 文件：

CPP

C預(yù)處理器命令

CXXCPP

C++預(yù)處理器命令

CPPFLAGS

C/C++預(yù)處理器命令行參數(shù)

CC

C編譯器命令

CFLAGS

C編譯器命令行參數(shù)

CXX

C++編譯器命令

CXXFLAGS

C++編譯器命令行參數(shù)

LDFLAGS

連接器命令行參數(shù)

至于設(shè)置這些環(huán)境變量的方法，你可以將它們 export 為全局變量在全局范圍內(nèi)使用，也可以在命令行上使用 [VAR=VALUE]... configure [OPTIONS] 的語法局部使用。此處就不詳細描述了。

看完上述內(nèi)容以后，不用多說你應(yīng)當自然而然的明白該進行如何對自己的軟件包進行定制安裝了。祝你好運！

補充讀物

根據(jù)d00m3d的推薦，LinuxSir.Org上的另外兩篇帖子：《編譯的一點體會》和《關(guān)于庫的深入思考》，可以作為本文的進一步讀物，更加有助于深入理解本文的主題。另外建立在本文基礎(chǔ)上的《編譯優(yōu)化指南》專門針對與優(yōu)化相關(guān)的問題進行了探討。推薦閱讀。