LFS构造原理的分析（转）

摘 要：随着Linux用户的增加，越来越多的人愿意自己定制自己的操作系统，LFS就是一种流行的从源代码构建Linux的一种方法。本文分析该方法的构建 原理，重点分析了Binutils、Gcc和Glibc在构建过程种编译多次的原因。

关键词：定制 LFS Binutils Gcc Glibc
一、引言

Linux 是和 Unix很相似的一种操作系统，具有Unix的全部特征，并和POSIX兼容。它是一个真正的多用户多任务操作系统，是一个优秀的应用软件开发平台。 Linux最大的特点是它是自由的,这种自由有双重含义。一方面, Linux的自由的意义是它是的,不必花费就可以得到它。 Linux自由还有另一个重要的体现,那就是Linux 可以提供无限宽广的技术发挥的自由空间。在购买到Linux之后得到的不仅仅是一个操作系统，还得到了系统的源代码。这样如果不喜欢Linux 的工作方式,就可以改变它(不仅仅是做微小的改动,你甚至可以安装你的需求去改动整个操作系统)。只要按照通用许可证 (General Public License)的要求，即可以无偿地自由采用，改进，发展。这也正是Linux发展如此迅速的一个原因。

开 放源代码，也使越来越多的人不甘于使用现成的发行版，要想对Linux完全满意，必须从头构建自己的系统。本文的LFS正是构造Linux的一个方法。

二、 LFS及其特点

LFS是Linux From Scratch的缩写。"From Scratch"是一个词组，它的意思是"从零做起，白手起家，从无到有"的意思，因此"Linux From Scratch"本质上不应当理解为一个Linux发行版名称。它最贴切的含义应当是一种"方法/思想"：一切从源代码开始的方法/思想。如果把 LFS 比作房子，那么 LFS 提供房子的框架蓝图，但是需要你自己建造它。

使用现有的 Linux 系统来开发自己定制的系统，这个"完美的"Linux 系统将拥有各种发行版的优点而没有它们的缺点。用户可以控制系统的所有特征，包括目录布局、脚本设置和安全设置等等。最终的系统将从源代码直接编译生成， 用户可以指定在哪里安装、为什么安装以及怎样安装每一个程序。可完全按照自己的需求定制Linux 系统，而且对系统有更多的控制权。

三、 LFS的好处

LFS 存在的一个重要原因是可以帮助人们学习 Linux 系统内部是如何工作的。构建一个 LFS 系统会帮助演示是什么使 Linux 运转，各种组件如何在一起互相依赖的工作。最好的事情是通过这种学习可以获得完全根据自己的需求定制 Linux 系统的能力。

LFS 的一个关键的好处是它让用户对于系统有更多的控制，而不是依赖于他人的 Linux 实现。在 LFS 的世界里，你自己坐在司机的位置，掌控系统的每一个细节。

LFS 的另一个好处是可以创建一个非常小巧的 Linux 系统。当安装一个常规的发行版时，人们经常要被迫安装一些可能永远不会用到的程序。这些程序浪费宝贵的磁盘空间，更糟的是占用 CPU 资源。自己定制 Linux 系统的另一个好处是安全性。通过从源码编译整个系统，你能够审查任何东西，打上所有的安全补丁，而不需要等待别人编译好修补安全漏洞的二进制包。除非是你 发现并制作补丁，否则你无法确保新的二进制包被正确编译并修正了问题。

四、LFS的构造原理

要基于源代码的方式来编译整 个系统,那首先要解决的就是工具链的问题，即需要一个编译。所以构造 LFS系统分两大步：一是构造一个临时的编译环境；二是构建LFS系统。

临时编译环境其实也相当于一个小的 Linux 系统。只不过这个系统将仅包含必要的工具，能够构建最终的LFS系统。构建这个小系统分两步进行，第一步是构建一个新的不依赖于宿主系统的工具链(编译 器、汇编器、连接器、库文件以及一些有用的软件)，第二个步骤是利用这个工具链去构建其它基本的工具。

在工具链中最基本的 是：Binutils、GCC和Glibc。Binutils 是一组开发工具，包括连接器，汇编器和其它用于目标文件和的工具。GCC 软件包包含 GNU 编译器，其中有 C 和 C++ 编译器。 Glibc 包含了主要的C库。这个库提供了基本的例程，用于分配内存、搜索目录、打开关闭文件、读写文件、字串处理、模式匹配、计算等等。其它 的工具必须在他们的基础上建立。所以在下面讲解的过程主要围绕着这三个工具的安装，以及工具链的调整为主。



那么如何来创 建一个这样的编译环境呢？那就需要一个现成的系统，称它为宿主系统。现在总体的思路就是在宿主系统创建一个临时的环境，可以chroot到这个环境，在该 环境的基础上构建一个干净、没有问题的LFS系统。为了尽量的与宿主系统分开，所以要创建一个自包含、自依赖的工具链。由于这里的工具链只起临时作用，在 完成LFS后可以将其剥离，所以可将编译的所有文件都放在同一个文件中（$LFS/tools）。在构建过程中应注意以下几点：

1．这个 过程在原理上与交叉编译类似，通过把工具安装在同一个目录(使用相同的“prefix”)中以便协同工作，还利用了一点 GNU 的 “magic”。

2． 小心处理标准连接器的库文件搜索路径，确保程序仅连接到指定的库上。

3．小心处理 Gcc 的 specs 文件，告诉编译器要使用哪个动态连接器。

下面看看具体时如何实现的。

为了创建一个干净的工作环境，在宿主系统中新创建 一个lfs用户组，并添加了lfs用户，在安装过程中将一直使用该用户。

首先编译Binutils ，这时是使用宿主系统的环境。毫无疑问现在利用Binutils生成的程序会受到宿主系统的影响。例如：使用生成的ld（标准连接器）程序将会连接到默认 的/lib目录（宿主系统）下的二进制文件。

然后编译Gcc，仍然需要宿主系统的环境。显然Gcc也受宿主系统的影响，这可以从它的编译 来看，它依赖的是宿主的Glibc，而Binutils可以使用刚生成的。Glibc提供了动态连接器，用来找到并加载一个程序运行时所需的共享库，在做 好程序运行的准备之后，运行这个程序。此时生成的Gcc会使用/lib（宿主系统）下的动态连接器，而不是$LFS/tools/lib下的。

通 过上面两步，我们就可以使用刚生成的bintuils和Gcc来编译Glibc了。现在我们将bintuils、Gcc和Glibc都重新编译了一次。接 下来就要通过调整工具链来解决刚提到的两个问题。一是重新编译ld，将ld连接到$LFS/tools/lib下的函数库。二是调整动态连接器，修改 Gcc的SPEC文件，将动态连接器连接到/tools/lib/ld-Linux.so.2（ld-Linux.so.2是动态连接器的名字）。

到 这里看似可以编译其它的工具了，但是接下来的工作并不是如此，而是再次编译了bintuils和Gcc，然后用第一次生成的Glibc和现在生成的 bintuils、Gcc来编译其它的工具，整个临时环境才搭建成功。

这里有个问题是为什么要将Bintuils和Gcc编译两次，可以 直接用宿主系统？第一次编译bintuils和Gcc的目的一方面是为了编译Glibc；另一方面是为了能自己编译出第二遍的Gcc，即使得Gcc是自我 编译的。如果直接使用宿主系统可以满足编译Glibc的要求，但是Gcc就不是自我编译了。这里为了保证制造的正确性以及使Gcc是自我编译，所以 Binutils和Gcc比其它的工具都多编译一次。

接下面其它工具的编译都是使用第二次编译的Binutils和Gcc以及第一次编译 的Glibc。至此，工具链就准备好了，我们可以利用这些工具生成最终的系统。同样最先生成的软件还是Binutils和Gcc，不过在编译它们之前，我 们先编译出Glibc，它也是我们最终需要的C库。再次调整工具链，让随后编译的工具都连接到这个库上。不难理解，在前面的调整中我们将工具链使用的库从 宿主系统转向新安装的库目录。同样，现在将工具链所使用的库从临时的库转向LFS系统最终的库目录。

系统中的其它软件都是由最新编译的 Binutils、Gcc和Glibc编译的。最后就是经过配置一些简单的系统启动脚本、创建fstab文件、编译内核并安装引导程序，最终的LFS系统 就可以启动了。

五、LFS的扩展

通过上面的分析大致的过程：通 过宿主系统搭建了临时的工具链，然后通过工具链构建了最终的目标系统LFS。将LFS建成以后，就可以脱离临时编译环境。本文所说的编译都是相同的平台， 前面也提到构造临时编译环境的原理与交叉编译环境相似，结合我们搭建交叉编译环境的过程，如果我们搭建的临时工具链是一个交叉编译环境，最终就应该可以实 现一个跨平台的目标系统。当然具体的细节问题还需要进一步探讨。

六、小结

直接从源代码构建Linux操作系统，不仅能够 定制自己理想的操作系统，更重要的通过构造LFS能够加强我们了解Linux内部是如何工作。对于有志研究Linux系统的人，学习这个构造方法很有必 要。同时，我们应该抓住开放源代码的机遇，认真研究，同时做出自己的贡献，推进其发展。

参考文献

[1] 王景中． Linux安全最大化．出版 社.2000.5.P3．

[2] Gerard Beekmans. ．

[3] http://youbest.cublog.cn/ ．换个角度看LFS——反向分析LFS. 2006.6．

[4] LFS (版本6.1.1) 安装心得．