add: linux guide compile toolkit
This commit is contained in:
parent
26366ebdba
commit
aa59aa07ff
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@ -0,0 +1,503 @@
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layout: post
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title: "开源世界旅行手册：编译工具链"
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date: 2020-01-05 10:28:00
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author: "Viletyy"
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header-style: text
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tags:
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- Linux
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## 编译工具链
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### 标准编译安装
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**为什么要编译安装**
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包管理系统是绝大多数发行版的必备组件，也是一个发行版区别于其他发行版的主要特征。但是有些软件，并不能通过包管理系统安装，这就需要下载源码编译安装。
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一个软件可能有许多功能，但是发行版中提供的安装包，通常只具有一些常见的功能。如果提供所有功能，那么无疑会占用更多的资源，而这些功能，大多数用户不会用到；而你会用到的功能，可能安装包中刚好没有。编译安装可以灵活的定制软件，选择自己需要的，取消自己不需要的。
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编译安装还可以针对特定的软件进行优化，以获得更好的性能表现。
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**编译环境**
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编译环境包括多个工具，它们环环相扣，称作编译工具链。主要包括以下工具：
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| 工具 | 简介 |
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| -------- | -------------------------------------------- |
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| binutils | 连接器、汇编器和其他用于目标文件和档案的工具 |
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| gcc | 编译器，将源代码转换为机器代码 |
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| glibc | C库，提供标准例程（C函数） |
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| autoconf | |
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| automake | 自动生成Makefile文件 |
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| make | 安装Makefile文件中的规则编译程序 |
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**标准编译安装**
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首先，下载源代码，通常是压缩包，比如：xxx.tar.gz或者xxx.tar.bz2，解包：
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| 压缩包格式 | 命令 |
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| ---------- | -------------------- |
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| .tar.gz | |
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| .tgz | tar zxvf xxx.tgz |
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| .tar.bz2 | tar jxvf xxx.tar.bz2 |
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通常解包后会在当前位置得到一个xxx/目录，进入这个目录
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```shell
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cd xxx/
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```
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使用下列命令编译安装：
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```shell
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./configure ① --prefix=/opt/xxx②
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make③
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sudo make install④
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make clean⑤
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```
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① 配置软件特性，检查编译环境，生成Makefile文件
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② 最常用配置选项：指定软件的安装路径
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③ 根据Makefile编译源代码
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④ 将编译完成的程序安装到系统中。通常需要root权限
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⑤ 清除源代码目录中的编译结果
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### 编译过程
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将下面代码保存为 Hello.c:
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```c
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#include <stdio.h>
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int main(void)
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{
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printf("Hello World!\n")①;
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return 0;
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}
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```
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① printf()函数
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执行命令`cc Hello.c`，得到一个可执行文件a.out，执行它 ./a.out
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可以看到，C的源代码（Hello.C）是纯文本，不能够直接执行。可执行代码是计算机的本机语言或机器语言表示的代码，这种语言是由数字代码表示的详细指令组成，不同的计算机具有不同的机器语言。
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编译器是一个程序，其工作是将源代码转换为可执行代码。
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- 编译器用来将C语言转换成特定的机器语言。
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- 编译器还从C的库中向最终程序加入代码。
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- 编译器还检查源代码是否为有效的C语言程序。如果编译器发现错误，将报告错误，而且不生成可执行文件
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编译器分三步完成这个工作：
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1. 预处理：调用与处理器cpp对源代码文件中的文件包含（include）、预编译语句（如宏定义define等）进行分析
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2. 编译：调用编译器cc将源代码转换为中间代码
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3. 链接：调用链接器ld将中间代码与其他代码结合起来生成可执行文件。
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这种方法使用程序便于模块化。分别编译各个模块，然后使用链接器将编译过的模块结合起来。这样，如果需要改变一个模块，则不必重新编译所有其他模块。
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可执行文件包含**目标文件**、**库例程**和**启动代码**
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编译器将源代码转换为机器语言代码（中间代码），将结果放置在目标文件（*.o）中。虽然目标文件包含机器代码，但该文件还不能运行，它还不是一个完整的程序。
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启动代码（start-up code) 相当于程序和操作系统之间的接口。
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库例程为函数的实现。几乎所有C程序都利用标准库C库中所包含的例程，目标代码文件不包含这一函数的代码，它只包含调用函数的指令。实际代码存储在一个称为“库”的文件中。库文件中包含许多函数的目标代码
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链接器的作用是将这3个元素（目标代码、系统的标准启动代码和库代码）结合在一起，并将它们存放在可执行文件中。
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### gcc编译器
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gcc是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作品之一。它能将C、C++语言源程序、汇编语言源程序和目标程序编译、链接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc将生成一个名为a.out的文件。
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gcc通过后缀来区分输入文件的类型：
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| 后缀 | 类型 |
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| ------------- | -------------------------- |
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| .c | C语言源代码文件 |
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| .a | 由目标文件构成档案库文件 |
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| .C\|.cc\|.cxx | C++源代码文件 |
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| .h | 程序所包含的头文件 |
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| .i | 预处理过的C源代码文件 |
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| .ii | 预处理过的C++源代码文件 |
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| .m | Objective-C源代码文件 |
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| .o | 编译后的目标文件 |
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| .s | 汇编语言源代码文件 |
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| .S | 预编译的汇编语言源代码文件 |
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前面我们已经使用gcc编译了一个程序：cc Hello.c
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gcc还有许多选项：
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| 选项 | 含义 |
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| --------- | ------------------------------------------------------------ |
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| -c | 只编译，不链接成为可执行文件 |
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| -o 文件名 | 设定输出文件名。默认为a.out |
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| -g | 加入调试符号（默认） |
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| -O | 编译、链接时进行优化，耗时比较多，但产生的可执行文件执行效率更高 |
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| -O2 | 更高的优化级别，耗时更多 |
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### 自动化编译
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在前面的标准编译安装中，第一步是./configure，它会根据Makefile.in生成Makefile文件，然后make根据Makefile自动编译软件
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通常在一个源码包中，已经包含了configure脚本和Makefile文件，作为课外知识，我们大致了解一下怎么生成这两个文件
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**autoconf**
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autoconf用来生成configure脚本，它可以检查系统特性、编译环境、环境变量、软件参数、依赖关系等
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autoconf需要用到m4
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1. 用autoscan扫描源代码目录生成configure.scan文件
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2. 将configure.scan改名为configure.in
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3. 用aclocal根据configure.in文件的内容，自动生成aclocal.m4文件
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4. 使用autoconf，根据configure.in和aclocal.m4来产生configure文件
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**automake**
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automake可以从Makefile.am文件自动生成Makefile.in，它主要用来配置源代码
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automake需用到perl
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- 手工写Makefile.am
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- 使用automake，根据configure.in和MakeFile.am来产生Makefile.in
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**Makefile**
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使用configure脚本，配合Makefile.in可以生成Makefile文件，然后用make自动化的编译软件
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这里有一张生成Makefile的流程图
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Makefile的用途不只是编译软件，还可以利用它完成一些琐碎的工作，只要最后输出一个文件，都可以用make来完成
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这是一个最简单的Makefile
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```shell
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filelist①:②*③
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④ ls -lF > filelist⑤
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```
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① 输出的目标文件，不能省略。如果有多个文件，可以使用all
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② 分隔符，不能省略
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③ 输入文件，可以省略
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④ 这一行必须以TAB字符起始，不能使用空格代替
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⑤ make的命令
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可以使用变量代替命令，便于维护
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```shell
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TARGET = filelist①
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SOURCE = *
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ARG = -lF
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APPLICATION = ls
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$(TARGET):$(SOURCE)②
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$(APPLICATION) $(ARG) $(SOURCE) > $(TARGET)
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```
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① 定义变量，传统上用大写
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② 使用变量写Makefile
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Makefile可以有多个目标文件，我们前面提到，gcc编译时先生成目标文件，再把目标文件链接成可执行文件，Makefile应该是这样的
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```shell
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OBJECTS = main.o kbd.o command.o display.o \①
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insert.o search.o files.o utils.o
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exe : $(OBJECTS)
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cc -o exe $(OBJECTS)
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main.o : main.c defs.h ②
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cc -c main.c
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kbd.o : kbd.c defs.h command.h
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cc -c kbd.c
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command.o : command.c defs.h command.h
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cc -c command.c
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display.o : display.c defs.h buffer.h
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cc -c display.c
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```
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① 如果写在多行，要用脱字符换行
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② 如何生成中间文件
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③ 伪目标文件，make clean 并不生成clean文件，而是清理编译结果
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### 使用make
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利用configure所产生的Makefile文件有几个预先设定的目标可供使用：
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| 目标 | 用途 |
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| -------------- | ----------------------------------------------------- |
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| make all | 产生预设的目标，只敲入make也可以 |
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| make clean | 清除编译结果 |
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| make distclean | 出了清除编译结果，也把configure所产生的Makefile清除掉 |
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| make install | 将程序安装到系统中 |
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| make dist | 将程序和相关的文档打包为一个压缩文档以供发布 |
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| make distcheck | 打包并检验 |
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### emerge
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虽然我们能够使用autoconf、automake、make等工具实现自动化编译，但这种针对单个软件包的编译系统，在编译多个软件时仍然十分繁琐
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假设需要编译emacs和vim，使用xft字体、图形界面支持，并去掉调试符号，需要分别作如下配置
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```shell
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emacs
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./configure --prefix=/usr/local/ \
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--no-debug \
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--with-xft --with-x-toolkit=gtk \
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--with-freetype
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||||
vim
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||||
./configure --prefix=/usr/local/ \
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||||
--no-debug \
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--with-xft --with-x-toolkit=gtk
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```
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这就像点菜时，你必须告诉厨师：鱼香肉丝（多放辣椒、不放蒜）、宫保鸡丁（多放辣椒、不放蒜）、麻婆豆腐（多放辣椒、不放蒜）......
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实际上，大多数人这样点菜：鱼香肉丝、宫保鸡丁、麻婆豆腐......多放辣椒、不放蒜
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emerge就是这样一种点菜方式，它是gentoo的包管理系统，提供了更为现代化的编译方式
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可以通过制定USE标记xft、gtk、-debug来确定所有软件的编译方式
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**设置USE标记**
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以下方法按优先级由低到高排列：
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/etc/make.profile/目录是一个符号链接，里面包含一些make.defaults文件，放置开发者设置的USE标记：
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```shell
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/usr/portage/profile/base/make.defaults
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/usr/portage/profile/default-linux/make.defaults
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||||
/usr/portage/profile/default-linux/x86/make.defaults
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||||
/usr/portage/profile/default-linux/x86/2008.0/make.defaults
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```
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在/etc/make.conf文件中声明永久USE标记（推荐）
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```shell
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USE="nptl nptlonly nls cjk php mysql -kde -qt3 -qt4"
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```
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带-的USE标记，表示排除
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在/etc/portage/package.use文件中为单个包声明USE标记
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```shell
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app-editors/emacs-cvs xft
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www-servers/lighttpd fastcgi
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dev-lang/php mysqli cgi gd ctype pcre session unicode pic posix
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dev-db/phpmyadmin vhosts
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||||
app-shells/zsh doc
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net-ftp/pure-ftpd -ldap mysql pam ssl vchroot
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```
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||||
使用环境变量声明临时USE标记
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```shell
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USE="-java"
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emerge seamonkey
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```
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查看使用的USE标记：
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```shell
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merge --pretend --verbose seamonkey
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Calculating dependencies ...done!
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[ebuild R ] www-client/seamonkey-1.0.7 USE="crypt gnome java -debug -ipv6
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||||
-ldap -mozcalendar -mozdevelop -moznocompose -moznoirc -moznomail -moznopango
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||||
-moznoroaming -postgres -xinerama -xprint" 0 kb
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```
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||||
**编译选项**
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/etc/make.conf
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```shell
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CFLAGS="-O2 -march=i686 -pipe"①
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||||
CXXFLAGS="-O2 -march=i686 -pipe"②
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||||
CHOST="i686-pc-linux-gnu"③
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MAKEOPTS="-j2"④
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FEATURES="parallel-fetch ccache" ⑤
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CCACHE_DIR="/var/tmp/ccache"⑥
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CCACHE_SIZE="2G"⑦
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ACCEPT_KEYWORDS="x86"⑧
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||||
USE="nptl nptlonly nls cjk php mysql"⑨
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FETCHCOMMAND="/usr/bin/axel -a -n4 \${URI} -o \${DISTDIR}" ⑩
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||||
RESUMECOMMAND="/usr/bin/axel -a -n4 \${URI} -o \${DISTDIR}"
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```
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① 针对C语言的优化选项，-march=设置目标架构
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② 针对C++语言的优化选项
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③ 进行编译工作的机器架构
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④ 编译选项
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⑤ emerge特性。并行下载、使用ccache缓冲编译结果
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⑥ ccache缓存目录
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⑦ ccache缓存大小
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⑧ 通过关键字选择分支。x86表示x86架构的稳定分支，-x86表示x86架构的不稳定分支
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⑨ USE标记
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⑩ 使用axel加速下载
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gentoo支持多种架构：x86、sparc、amd64、ppc、ppc64、alpha、hppa、mips、ia64、arm，我们使用的PC多为x86架构
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假设你主要使用x86稳定分支，但少数软件要使用最新版本，在/etc/portage/package.keywords文件中为单个包设置关键字
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```shell
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app-editors/emacs-cvs -x86
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||||
x11-misc/emacs-desktop -x86
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||||
app-i18n/fcitx -x86
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||||
app-editors/vim x86
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||||
app-editors/vim-core x86
|
||||
|
||||
media-video/mplayer -x86
|
||||
media-libs/win32codecs -x86
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||||
|
||||
app-i18n/man-pages-zh_CN -x86
|
||||
```
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**微调**
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在/etc/portage/目标下包含一些文件，可以在软件包级别上进行调节。前面已经介绍了package.use和package.keywords
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- **package.keywords**还未被确认适合你的系统或机构，但是你希望能安装的软件包
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- **package.use**特定软件包而不是整个系统使用的USE标记
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- **package.provided**屏蔽的软件包（需要指明版本号）
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- **package.mask**永远不希望Portage安装的软件包。
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- **package.unmask**被Gentoo开发者屏蔽的软件包，但是你希望能安装的软件包
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软件包可能由于以下原因被屏蔽
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| 原因 | 详细 |
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| -------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| ~架构 keyword | 意味着这个软件没有经过充分的测试，不能进入稳定分支，请等待一段时间后在尝试使用它 |
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| -架构 keyword 或-* keyword | 意味着这个软件不能工作在您机器的体系结构中 |
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| missing keyword | 意味着这个软件还没有在您机器的体系结构中进行过测试 |
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| package.mask | 意味着这个软件被认为是损坏的，不稳定的活着有更严重的问题，它被故意标识为"不应使用" |
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例如：
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```shell
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gnome-base/gnome-2.8.0_pre1 (masked by: -86 keyword)
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lm-sensors/lm-sensors-2.8.7 (masked by: -sparc keyword)
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||||
sys-libs/glibc-2.3.4.20040808 (masked by: -* keyword)
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||||
dev-util/cvsd-1.0.2 (masked by: missing keyword)
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||||
games-fps/unreal-tournament-451 (masked by: package.mask)
|
||||
sys-libs/glibc-2.3.2-r11 (masked by: profile)
|
||||
```
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||||
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||||
**使用emerge**
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||||
查找名字包含pdf的软件包
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```shell
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||||
emerge --search pdf
|
||||
```
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||||
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||||
查找与pdf相关的软件包
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||||
```shell
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||||
emerge --searchdesc pdf
|
||||
emerge -S pdf
|
||||
```
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||||
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||||
查找软件拥有的USE标记
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||||
```shell
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||||
emerge -vp 软件包名称
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||||
```
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||||
安装软件包
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|
||||
```shell
|
||||
emerge 软件包名称
|
||||
```
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||||
|
||||
模拟安装软件包
|
||||
|
||||
```shell
|
||||
emerge --pretend 软件包名称
|
||||
```
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||||
|
||||
下载软件包的源代码包
|
||||
|
||||
```shell
|
||||
emerge --fetchonly 软件包名称
|
||||
```
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||||
|
||||
从系统中删除软件包
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||||
|
||||
```shell
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||||
emerge --unmerge 软件包名称
|
||||
```
|
||||
|
||||
更新系统
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||||
|
||||
```shell
|
||||
emerge --update --ask world
|
||||
emerge -ua world
|
||||
```
|
||||
|
||||
更新整个系统
|
||||
|
||||
```shell
|
||||
emerge --update --deep world
|
||||
emerge -uD world
|
||||
```
|
||||
|
||||
使用新的USE标记 重新构建系统
|
||||
|
||||
```shell
|
||||
emerge --update --deep --newuse world
|
||||
emerge -uDN world
|
||||
```
|
||||
|
||||
移除孤立依赖的软件包
|
||||
|
||||
```shell
|
||||
emerge --update --deep --newuse world①
|
||||
emerge --depclean②
|
||||
revdep-rebuild③
|
||||
```
|
||||
|
||||
① 重新构建系统
|
||||
|
||||
② 清除孤立依赖包
|
||||
|
||||
③ 重新构建依赖关系
|
||||
|
||||
revdep-rebuild工具由gentoolkit包提供；使用前别忘了首先emerge它：`emerge gentoolkit`
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
参考资料：
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||||
|
||||
- [开源世界旅行手册](https://i.linuxtoy.org/docs/guide/)
|
||||
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 334 KiB |
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