Linux编译过程与交叉编译

一.GCC由来

GCC（GNU编译器套件）是一个自由开源的编程工具集，用于编译和链接C、C++和其他编程语言的程序。它由理查德·斯托曼（Richard Stallman）和其他自由软件基金会（Free Software Foundation）的成员开发，旨在创造一个与UNIX操作系统兼容的编译器。

GCC最初的开发始于1984年，当时理查德·斯托曼创建了GNU项目，这个项目的目标是提供一个自由的UNIX操作系统。为了实现这个目标，他意识到需要一个高质量的编译器。

GCC最初是以C语言编写的，用于编译C程序。随着时间的推移，它逐渐发展成一个支持更多编程语言的工具集，包括C++、Objective-C、Fortran、Ada和其他语言。GCC的设计注重可移植性和扩展性，使其能够在各种不同的操作系统和硬件平台上工作。

GCC在自由软件社区中取得了巨大的成功，并成为许多开源项目的标准编译器。它在许多操作系统中被广泛使用，包括GNU/Linux、FreeBSD、Solaris和Mac OS X等。GCC的开发和维护仍然活跃，不断更新和改进以适应新的编程语言和技术。

二.POSIX接口

POSIX（Portable Operating System Interface，可移植操作系统接口）是一套定义了操作系统接口标准的规范集合，旨在促进不同操作系统之间的可移植性和互操作性。

POSIX接口最初由IEEE组织提出，并在1988年被标准化为IEEE标准1003。它的设计目标是为UNIX及其类似系统（如Linux、BSD等）提供一个一致的接口标准，使得在这些系统上编写的程序能够在不同系统中无需修改地移植。

POSIX接口涵盖了许多方面，包括文件操作、进程管理、线程、信号处理、输入输出、网络编程等。它定义了许多函数调用、数据类型和系统常量，程序员可以使用这些接口来编写可移植的系统软件。

通过遵循POSIX接口，开发人员可以使他们的程序能够在不同的POSIX兼容操作系统上运行，而不需要进行很多的修改。这为软件开发和移植提供了更大的灵活性和效率。

需要注意的是，虽然POSIX接口主要针对UNIX相关系统，但也有其他操作系统（如Windows）提供了POSIX兼容层，以便与POSIX软件进行互操作。这样一来，使用POSIX接口编写的程序可以在更广泛的平台上运行。

三.GCC编译工具链

GCC（GNU编译器套件）和Binutils都是开源软件工具，常常一起使用来进行软件开发。下面分别介绍一下它们：

1. GCC（GNU编译器套件）：GCC是一款功能丰富、高度可配置的编译器。它支持多种编程语言，包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada等。GCC的主要组成部分是编译器前端、编译器后端和代码优化器。

   • 编译器前端：负责解析源代码、进行语法分析和生成中间表示形式（如抽象语法树），并进行语义分析和类型检查。
   • 编译器后端：将中间表示形式转换为目标机器的汇编代码。
   • 代码优化器：负责对生成的汇编代码进行优化，以提高程序的性能和效率。

   GCC还内置了预处理器、汇编器和链接器等工具，它们可以一起构成完整的编译工具链。

2. Binutils：Binutils是一组用于处理二进制文件的工具集。它包含了一些常用的工具，如汇编器（as）、链接器（ld）、库管理器（ar）、调试器（gdb）等等。

   • 汇编器（as）：将汇编代码翻译成机器代码。
   • 链接器（ld）：将多个目标文件和库文件链接在一起，生成可执行文件或共享库文件。
   • 库管理器（ar）：用于创建、操作和管理静态库文件。
   • 调试器（gdb）：用于调试程序，支持断点设置、变量查看、堆栈跟踪等调试功能。

Binutils和GCC一起使用，可以完成整个软件开发的生命周期，从编译到链接，再到调试和优化。它们是GNU项目的一部分，旨在提供开源的、高质量的工具，促进自由软件的开发和可移植性。

四.什么是交叉编译

交叉编译（Cross-compilation）是指在一个操作系统或架构上开发和编译程序，但目标平台是不同于开发平台的操作系统或架构。

通常情况下，编译器会将源代码翻译成目标平台的机器代码，生成可在该平台上执行的可执行文件。但当开发平台与目标平台不同时，编译器需要具备交叉编译的能力，即可以生成适用于目标平台的可执行文件。

交叉编译在嵌入式系统和跨平台开发中非常常见。例如，要在开发平台为x86的PC上编译运行在ARM处理器上的嵌入式系统的应用程序，就需要进行交叉编译。在这种情况下，开发者需要使用能够生成ARM架构的目标文件的交叉编译器。

交叉编译的过程包括以下步骤：

1. 配置交叉编译环境：首先需要获取适用于目标平台的交叉编译工具链，包括交叉编译器、交叉汇编器、交叉链接器等。这些工具链会针对目标平台进行配置，以便生成适用于目标系统的可执行文件。

2. 编写源代码：使用开发平台上的文本编辑器或集成开发环境（IDE）编写源代码。

3. 交叉编译：使用交叉编译器对源代码进行编译，生成适用于目标平台的目标文件。

4. 链接：使用交叉链接器将目标文件与所需的库文件链接在一起，生成最终的可执行文件。

通过交叉编译，开发者可以在更便捷的开发环境下进行跨平台的开发和测试。这种方式可以提高开发效率，减少在不同平台上的编译时间，并且使得嵌入式系统的开发更加灵活和可靠。

五.裸机和Linux程序执行过程
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裸机

Linux程序执行

1.预处理，编译，汇编，链接形成可执行文件

2.通过shell命令（./textname）运行程序，创建进程实体。

3.动态链接（可没有），通过C库找到-start（程序入口），初始化程序执行环境。

4.执行men函数

5.结束程序执行