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生了些什么呢？本文將帶領你一探究竟。深入理解這個過程將有助于你在LFS的基礎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：

根據源碼包中 Makefile.in 文件的指示，configure 腳本檢查當前的系統環境和配置選項，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 的關系就是：
Makefile 包含了所有的規則和目標，而 make 則是為了完成目標而去解釋 Makefile 規則的工具。

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。憑經驗猜測，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"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"規則"。

Makefile 規則

Makefile 規則包含了文件之間的依賴關系和更新此規則目標所需要的命令。

一個簡單的 Makefile 規則是這樣寫的：

TARGET : PREREQUISITES
COMMAND

TARGET

規則的目標。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

規則的依賴。通常一個目標依賴于一個或者多個文件。

COMMAND

規則的命令行。一個規則可以有零個或多個命令行。

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

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

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的環境變量，但是也可以通過在 Makefile 中定義同名變量來"遮蓋"系統的環境變量。另一方面，我們可以在調用 make 時使用 -e 參數強制使系統中的環境變量覆蓋 Makefile 中的同名變量，除此之外，在調用 make 的命令行上使用 VAR=VALUE 格式指定的環境變量也可以覆蓋 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，以使最終的可執行程序中包含調試信息?？墒褂?strip 程序去掉這些調試符號。

clean

清除當前目錄下在 make 過程中產生的文件。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 過程產生的文件。

info

產生必要的 Info 文檔。

check 或 test

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

install

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

install-strip

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

uninstall

刪除所有由"install"安裝的文件。

installcheck

執行安裝檢查。在執行安裝檢查之前，需要確保所有程序已經被創建并且被安裝。

installdirs

創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。第一類代表可執行程序的名字，例如 CC 代表編譯器這個可執行程序；第二類代表程序使用的參數(多個參數使用空格分開)，例如 CFLAGS 代表編譯器執行時使用的參數(一種怪異的做法是直接在 CC 中包含參數)；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   函數庫打包程序，可創建靜態庫.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     函數庫打包程序的命令行參數。默認值是"rv"。
ASFLAGS     匯編程序的命令行參數。
CFLAGS      C編譯程序的命令行參數。
CXXFLAGS    C++編譯程序的命令行參數。
CPPFLAGS    C/C++預處理器的命令行參數。
FFLAGS      Fortran編譯器的命令行參數。
PFLAGS      Pascal編譯器的命令行參數。
YFLAGS      Yacc文法分析器的命令行參數。
LDFLAGS     鏈接器的命令行參數。
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則的目標，而不是根據規則的依賴關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 ，然后再執行 make 程序。

-d

在 make 執行過程中打印出所有的調試信息。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、比較的結果；重建目標所要執行的命令；使用的隱含規則等。使用該選項我們可以看到 make 構造依賴關系鏈、重建目標過程的所有信息，它等效于"-debug=a"。

--debug=FLAGS

在 make 執行過程中打印出調試信息。FLAGS 用于控制調試信息級別：

a

輸出所有類型的調試信息

b

輸出基本調試信息。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則描述。

j

輸出所有執行命令的子進程，包括命令執行的 PID 等。

m

輸出 make 讀取、更新、執行 makefile 的信息。

-e, --environment-overrides

使用系統環境變量的定義覆蓋 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

忽略規則命令執行過程中的錯誤。

-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]

指定并行執行的命令數目。在沒有指定"-j"參數的情況下，執行的命令數目將是系統允許的最大可能數目。

-k, --keep-going

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

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

如果系統負荷超過 LOAD(浮點數)，不再啟動新任務。

-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

只打印出所要執行的命令，但并不實際執行命令。

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

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

-p, --print-data-base

命令執行之前，打印出 make 讀取的 Makefile 的所有數據（包括規則和變量的值），同時打印出 make 的版本信息。如果只需要打印這些數據信息，可以使用 make -qp 命令。查看 make 執行前的預設規則和變量，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。返回狀態為 0 表示沒有目標需要重建，1 表示存在需要重建的目標，2 表示有錯誤發生。

-r, --no-builtin-rules

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

-R, --no-builtin-variables

取消 make 內嵌的隱含變量，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。因為隱含規則是以內嵌的隱含變量為基礎的。

-s, --silent, --quiet

不顯示所執行的命令。

-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，或者取消系統環境變量 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?？梢允怯迷谶f歸的 make 調用過程中，取消"-C"參數將默認打開"-w"。

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

設定 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了對所有依賴于 FILE 文件的目標的強制重建。

--warn-undefined-variables

在發現 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試一個存在多級套嵌變量引用的復雜 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整都集中在這一步。

configure 腳本能夠對 Makefile 中的哪些內容產生影響呢？基本上可以這么說：所有內容，包括本文最關心的 Makefile 規則與 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：系統環境和配置選項。

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

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]，并且通常在結尾部分還能看到這個腳本所關心的環境變量有哪些。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，同時也能通過設置環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文件中緩存測試結果(默認禁用)。

--no-create

configure腳本運行結束后不輸出結果文件，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

體系相關文件的頂級安裝目錄EPREFIX ，默認值一般是 PREFIX

--bindir=DIR

用戶可執行文件的存放目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/bin

--sbindir=DIR

系統管理員可執行目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/sbin

--libexecdir=DIR

程序可執行目錄DIR ，默認值一般是 EPREFIX/libexec

--datadir=DIR

通用數據文件的安裝目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/share

--sysconfdir=DIR

只讀的單一機器數據目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/etc

--sharedstatedir=DIR

可寫的體系無關數據目錄DIR ，默認值一般是 PREFIX/com

--localstatedir=DIR

可寫的單一機器數據目錄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

體系結構選項

玩交叉編譯的朋友對這些選項已經很熟悉了，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境，默認是 config.guess 腳本的輸出結果。

--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

通用環境變量

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

CPP

C預處理器命令

CXXCPP

C++預處理器命令

CPPFLAGS

C/C++預處理器命令行參數

CC

C編譯器命令

CFLAGS

C編譯器命令行參數

CXX

C++編譯器命令

CXXFLAGS

C++編譯器命令行參數

LDFLAGS

連接器命令行參數

至于設置這些環境變量的方法，你可以將它們 export 為全局變量在全局范圍內使用，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。

看完上述內容以后，不用多說你應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d00m3d的推薦，LinuxSir.Org上的另外兩篇帖子：《編譯的一點體會》和《關于庫的深入思考》，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上的《編譯優化指南》專門針對與優化相關的問題進行了探討。推薦閱讀。