概念:GNU构建系统和Autotool
2018-01-10 17:52 nigaopeng 阅读(745) 评论(0) 编辑 收藏 举报经常使用Linux的开发人员或者运维人员,可能对configure->make->make install
相当熟悉。事实上,这叫GNU构建系统
,利用脚本和make
程序在特定平台上构建软件。这种方式成为一种习惯,被广泛使用。本文从用户视角和开发者视角详细说明,这种构建方式的细节,以及开发者如何利用autoconf
和automake
等工具(autotools)创建兼容GNU构建系统的项目。
为了简化可移植构建的难度,在早期有一套autotools
工具帮助程序员构建软件。我们熟知的configure->make->make install
三部曲,大多都是基于autotools
来构建的。autotools是GNU程序的标准构建系统,所以其实我们经常在使用三部曲。有些程序虽然也是这三部曲,但却不是用autotools
实现的,比如nginx
的源码就是作者自己编写的构建程序。
用户视角
用户通过configure->make->make install
基于源码安装软件。然而大部分用户可能并不知道这个过程究竟做了些什么。
configure
脚本是由软件开发者维护并发布给用户使用的shell脚本。这个脚本的作用是检测系统环境,最终目的是生成Makefile
和config.h
。
make
通过读取Makefile
文件,开始构建软件。而make install
可以将软件安装到需要安装的位置。
如上图,开发者在分发源码包时,除了源代码(.c .h…),还有许多用以支撑软件构建的文件和工具,其中最重要的文件就是Makefile.in
和config.h.in
。configure
脚本执行成功后,将为每一个*.in
文件处理成对应的非*.in
文件。
大部分情况只生成Makefile和config.h,因为Makefile用于make程序识别并构建软件,而config.h中定义的宏,有助于软件通过预编译来改变自身的代码,以适应目标平台某些特殊性。有些软件在configure阶段,还可以生成其他文件,这完全取决于如软件本身。
configure
当运行configure
时,将看到类似如下的系统检查,这些检查的多少取决于软件本身的需要,也就是由软件开发者来定义和编写的。
checking for a BSD-compatible install... /usr/bin/install -c checking whether build environment is sane... yes checking for a thread-safe mkdir -p... /bin/mkdir -p checking for gawk... gawk checking whether make sets $(MAKE)... yes checking for gcc... gcc checking for C compiler default output file name... a.out ...
一般来说,configure
主要检查当前目标平台的程序、库、头文件、函数等的兼容性。这些检查结果将作用于config.h
和Makefile
文件的生成。从而影响最终的编译。
用户也可以通过给configure配置参数来定制软件需要包含或不需要包含的组件、安装路径等行为。这些参数分为5组,可以通过执行./configure --help
来查看,软件提供哪些配置参数:
*
安装路径相关配置。最常见的是--prefix
。*
程序名配置。例如--program-suffix
可用于为生成的程序添加后缀。*
跨平台编译。不太常用。*
动态库静态库选项。用于控制是否生成某种类型的库文件。- 程序组件选项。用于配置程序是否将某种功能编译到程序中,一般形如
--with-xxx
。这可能是最常用的配置,而且由软件开发者来定义。
(*
表示这是几乎所有软件都支持的配置,因为这些配置是autotool生成的configure脚本默认支持的。)
configure在执行过程中,除了生成Makefile外,还会生成的文件包括但不限于:
config.log
日志文件config.cache
缓存,以提高下一次configure的速度,需通过-C
来指定才会生成config.status
实际调用编译工具构建软件的shell脚本
如果软件通过libtool构建,还会生成libtool
脚本。关于libtool脚本如何生成,请看开发者视角
。
configure
经常会中途出错,这一般是由于当前平台不具有构建该软件所必需的依赖(库、函数、头文件、程序…)。此时,不要慌张,仔细查看输出,解决这些依赖。
开发者视角
开发者除了编写软件本身的代码外,还需要负责生成构建软件所需要文件和工具。当我接触到autotools
后,我发现,虽然有工具的帮助,但这件事情依旧十分复杂。
对于C或C++程序员,在早期,构建跨平台的应用程序是相当繁琐的一件事情,而且对于经验不足的程序员而言,甚至难度巨大。因为构建可移植的程序的必要前提是对各个平台足够了解,这往往要花上相当长的时间去积累。
Unix系统的分支复杂度很高,不同的商用版或开源版或多或少都有差异。这些差异主要体现在:系统组件、系统调用。我们主要将Unix分为如下几个大类:
IBM-AIX
HP-UX
Apple-DARWIN
Solaris
Linux
FreeBSD
。Unix分支大全
因此,对于开发者而言,要么自己编写构建用的脚本,这往往需要极其扎实的shell能力和平台熟悉度。另一个选择就是部分依赖工具。autoconf
和automake
就是这样的工具。
autoreconf
为了生成configure
脚本和Makefile.in
等文件,开发者需要创建并维护一个configure.ac
文件(在早期,通常叫configure.in
文件,虽然没有区别,但强烈建议使用.ac
,因为.in
文件往往意味着被configure脚本识别为模板文件并生成直接参与最终构建的文件,configure.in
在命名上有歧义),以及一系列的Makefile.am
。autoreconf
程序能够自动按照合理的顺序调用autoconf
automake
aclocal
等程序。
configure.ac
configure.ac
用于生成configure
脚本。autoconf
工具用来完成这一步。下面是一个configure.ac
的例子:
AC_PREREQ([2.63]) AC_INIT([st], [1.0], [zhoupingtkbjb@163.com]) AC_CONFIG_SRCDIR([src/main.c]) AC_CONFIG_HEADERS([src/config.h]) AM_INIT_AUTOMAKE([foreign]) # Checks for programs. AC_PROG_CC AC_PROG_LIBTOOL # Checks for libraries. # Checks for header files. # Checks for typedefs, structures, and compiler characteristics. # Checks for library functions. AC_CONFIG_FILES([Makefile src/Makefile src/a/Makefile src/b/Makefile]) AC_OUTPUT
其中以AC_
开头的类似函数调用一样的代码,实际是一些被称为“宏”
的调用。这里的宏与C中的宏概念类似,会被替换展开。m4
是一个经典的宏工具,autoconf
正是构建在m4
之上,可以理解为autoconf
预先实现了大量的,用于检测系统可移植性的宏,这些宏在展开后就是大量的shell脚本。所以编写configure.ac
需要对这些宏熟练掌握,并且合理调用。有时,甚至可以自己实现自己的宏。
autoscan和configure.scan
可以通过调用autoscan
命令得到一个初始化的configure.scan
文件,然后重命名为configure.ac
后,在此基础上编辑configure.ac
。autoscan
会扫描源码,并生成一些通用的宏调用、输入的声明以及输出的声明。尽管autoscan
十分方便,但是没人能够在构建之前,就把代码完全写好,因此autoscan
通常用于初始化configure.ac
。
autoheader和config.h
autoheader
命令扫描configure.ac
中的内容,并确定需要如何生成config.h.in
。每当configure.ac
有所变化,都可以通过再次执行autoheader
更新config.h.in
。在configure.ac
通过AC_CONFIG_HEADERS([config.h])
告诉autoheader
应当生成config.h.in
的路径。在实际的编译阶段,生成的编译命令会加上-DHAVE_CONFIG_H
定义宏,于是在代码中,我们可以通过下面代码安全的引用config.h
。
/bin/sh ../../libtool --tag=CC --mode=compile gcc -DHAVE_CONFIG_H ... #ifdef HAVE_CONFIG_H #include <config.h> #endif
config.h
包含了大量的宏定义,其中包括软件包的名字等信息,程序可以直接使用这些宏;更重要的是,程序可以根据其中的对目标平台的可移植性相关的宏,通过条件编译,动态的调整编译行为。
automake和Makfile.am
手工编写Makefile是一件相当烦琐的事情,而且,如果项目复杂的话,编写难度将越来越大。因而,automake
工具应运而生。我们可以编写像下面这样的Makefile.am
文件,并依靠automake来生成Makefile.in
:
SUBDIRS = a b bin_PROGRAMS = st st_SOURCES = main.c st_LDADD = $(top_builddir)/src/a/liba.la $(top_builddir)/src/b/libb.la
这里通过SUBDIRS
声明了两个子目录,子目录的中的构建需要靠a/Makefile.am
和b/Makefile.am
来进行,这样多目录组织起来就方便多了。
bin_PROGRAMS
声明一个可执行文件目标,st_SOURCES
指定这个目标所依赖的源代码文件。另外,st_LDADD
声明了可执行文件在连接时,需要依赖的Libtool库文件。
通过这个Makefile.am文件生成的Makefile.in文件相当大,不便贴出,但是可以想象,Makefile.in要比我们手工编写的Makefile文件复杂的多。
automake
的出现晚于autoconf
,所以automake
是作为autoconf
的扩展来实现的。通过在configure.ac
中声明AM_INIT_AUTOMAKE
告诉autoconf
需要配置和调用automake
。
aclocal
上面提到,configure.ac
实际是依靠宏展开来得到configure
的。因此,能否成功生成取决于,宏定义能否找到。autoconf
会从自身安装路径下来寻找事先定义好了宏。然而对于像automake
、libtool
和gettext
等第三方扩展宏,甚至是开发者自行编写的宏就一无所知了。于是,存在这个工具aclocal
,将在configure.ac
同一目录下生成aclocal.m4
,在扫描configure.ac
的过程中,将第三方扩展和开发者自己编写的宏定义复制进去。这样,autoconf
在遇到不认识的宏时,就会从aclocal.m4
中查找。
下面这张图更为详细的展现了整个工具链是如何互相配合的。
libtool
libtool
试图解决不同平台下,库文件的差异。libtool实际是一个shell脚本,实际工作过程中,调用了目标平台的cc
编译器和链接器,以及给予合适的命令行参数。libtool可以单独使用,这里只介绍与autotools集成使用相关的内容。
automake支持libtool构建声明。在Makefile.am中,普通的库文件目标写作xxx_LIBRARIES
:
noinst_LIBRARIES = liba.a liba_SOURCES = ao1.c ao2.c ao3.c
而对于一个libtool目标,写作xxx_LTLIBRARIES
,并以.la
作为后缀声明库文件。
noinst_LTLIBRARIES = liba.la liba_la_SOURCES = ao1.c ao2.c ao3.c
在configure.ac中需要声明LT_INIT
:
... AM_INIT_AUTOMAKE([foreign]) LT_INIT ...
有时,如果需要用到libtool中的某些宏,则推荐将这些宏copy到项目中。首先,通过AC_CONFIG_MACRO_DIR([m4])
指定使用m4
目录存放第三方宏;然后在最外层的Makefile.am
中加入ACLOCAL_AMFLAGS = -I m4
。
all-in-one
上面讨论了很多关于autoreconf
的细节。实际上,如今我们可以直接调用autoreconf --install
来自动调用上面提到的所有子命令。这里--install
参数试图将辅助的脚本和宏copy到当前项目目录中,下面是执行时的输出:
autoreconf: Entering directory `.' autoreconf: configure.ac: not using Gettext autoreconf: running: aclocal autoreconf: configure.ac: tracing autoreconf: running: libtoolize --copy libtoolize: putting auxiliary files in `.'. libtoolize: copying file `./ltmain.sh' libtoolize: Consider adding `AC_CONFIG_MACRO_DIR([m4])' to configure.ac and libtoolize: rerunning libtoolize, to keep the correct libtool macros in-tree. libtoolize: Consider adding `-I m4' to ACLOCAL_AMFLAGS in Makefile.am. autoreconf: running: /usr/bin/autoconf autoreconf: running: /usr/bin/autoheader autoreconf: running: automake --add-missing --copy --no-force configure.ac:10: installing `./config.guess' configure.ac:10: installing `./config.sub' configure.ac:9: installing `./install-sh' configure.ac:9: installing `./missing' src/Makefile.am: installing `./depcomp' autoreconf: Leaving directory `.'
当我们以--install
参数运行时,libtoolize --copy
被调用,这将使得ltmain.sh
被copy进来;接下来分别执行autoconf
和autoheader
;automake
的参数为--add-missing --copy --no-force
,这将使得几个辅助脚本和文件被安装到目录下。
这些辅助文件默认安装在configure.ac
同一个目录下,如果你希望用另一个目录来存放他们,可以配置AC_CONFIG_AUX_DIR
,例如AC_CONFIG_AUX_DIR([build-aux])
将使用build-aux
目录来存放辅助文件。
如果不使用--install
参数,辅助文件要么不copy,要么以软链的形式创建。推荐使用--install
,因为这样,其他软件维护可以避免由于构建工具版本不一致造成问题。
辅助文件
一个依靠GNU构建系统开发的软件除了源码之外,还有很多辅助的文件,有些是脚本,有些是文本文件。下面将逐一解释这些文件:
aclocal.m4
:上面提到了,这个宏定义文件里面包含了第三方的宏定义,用于autoconf展开configure.acNEWS
README
AUTHORS
ChangeLog
:这些文件是GNU软件的标配,不过在项目中不一定需要加入。如果项目中没有这些文件,每次autoreconf
会提示缺少文件,不过这并不影响。如果不想看到这些错误提示,可以用AM_INIT_AUTOMAKE([foreign])
来配置automake
。foreign
参数就是告诉automake
不要这么较真:)config.guess
config.sub:
由automake
产生,两个用于目标平台检测的脚本depcomp
install-sh
:由automake
产生,用于完成编译和安装的脚本missing
:由automake
产生ltmain.sh
:有libtoolize
产生,该脚本用于在configure
阶段配置生成可运行于目标平台的libtool
脚本ylwrap
:由automake
产生,如果检测构建需要使用lex和yacc,那么会产生这个包装脚本autogen.sh
:在早期,autoreconf
并不存在,软件开发者往往需要自己编写脚本,按照顺序调用autoconf
autoheader
automake
等工具程序。这个文件就是这样的脚本。起这么个名字可能是习惯性的
总结
本文总概念上阐述了autotool系列工具是如何工作的。相比如今现成的IDE,GNU构建系统其实是非常难用的,学习成本比较高。笔者认为最为效率的途径是学习开源的程序,从中慢慢体会,慢慢吸收。另外,推荐几个资料:
- 《GNU Autoconf Automake and Libtool》
- Autotools Tutorial
- GNU网站上关于autoconf automake 和 libtool的手册
原文链接:http://www.pchou.info/linux/2016/09/16/gnu-build-system-1.html