OpenHarmony下musl编译工具链普法

引言

欠的债总是要还的，这不前面欠的关于OpenHarmony下musl相关的还是要还的。这里我对其中的相关知识点，梳理，归纳重新消化下！

一.GCC/Clang/LLVM的区别与联系

说实话，这块我现在都木有搞清楚，GCC/Clang/LLVM之间的区别与联系！这里只能硬着头皮,捡一捡网上各路大神的总结，先理解一波有个基本概念！

先了解，后面再深入吗！先搞个普法，对概念先有个基本的认识！

1.1 GCC的简介

传统的编译器譬如gcc设计是分为三个部分，如下图所示：

• 前端， front end：解析源码，检查错误（词法分析（lexical analysis）, 语法分析（syntax analysis）, 语义分析（semantic analysis）），所以前端又称为分析阶段。并且构建一个特定于语言的抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）来代表输入的代码。

• 优化器，optimizer ：负责进行各种转换尝试，改善代码的执行时间，比如消除冗余计算。通常或多或少与语言及目标无关。

• 后端，back end：代码产生器，将代码映射到目标指令集，除了编写正确的代码外，它还负责生成利用所支持体系结构的不寻常特性的良好代码。一个编译器后端的通用部分包含指令选择，寄存器分配，及指令调度（instruction selection, register allocation, and instruction scheduling）

1.2 GCC架构的优点

GCC架构的优点总结为如下几点:

• 使用通用的中间代码，新增支持语言只需要新增一个前端，新增支持目标机器只需要新增一个后端
• 针对前后端，开发人员技术栈不同，开发人员只需要关注自身的技术栈，有利于让更多人员参与进来

总结来说，前端+优化器+后端的结构有三大好处：灵活程度高，组件复用率高，维护成本低

1.3 GCC架构的缺点

• GCC的三段式模块必须配套使用，很难做到部分重用
• 不能将 GCC 部分功能作为库重用的原因有很多，包括滥用全局变量、不可变变量不能更改限制不严、设计不良的数据结构、庞大的代码库、以及使用宏来防止代码库一次编译可以支持多个编译前端-目标机对。不过，最难解决的问题是其早期设计和那个时代所固有的架构设计。具体来说，GCC 饱受分层问题和抽象漏洞的困扰：编译后端遍历编译前端抽象语法树（AST）来生成调试信息（debug info），编译前端生成编译后端数据的结构，整个编译器依赖命令行设置的全局数据结构。

上面的这些优缺点，不是专业人士基本是体会不到相关差异的。我是木有体会到！

1.4 LLVM介绍

LLVM是开源的编译器(compiler)架构，以cpp编写而成，用于优化以随意程序语言编写的程序的编译时间(compile-time)、链接时间(link-time)、执行时间(run-time)以及空暇时间(idle-time)，对开发人员保持开放，并兼容已有脚本。LLVM的设计就采用了上述前端+优化器+后端的设计。如下图所示：

基于这个认知，我们可以认为 LLVM 包括了两个概念：一个广义的 LLVM 和一个狭义的 LLVM 。广义的 LLVM 指的是一个完整的 LLVM 编译器框架系统，包括了前端、优化器、后端、众多的库函数以及很多的模块；而狭义的 LLVM 则是聚焦于编译器后端功能的一系列模块和库，包括代码优化、代码生成、JIT 等。

整体的编译器架构就是 LLVM 架构：

• Clang 大致可以对应到编译器的前端，主要处理一些和具体机器无关的针对语言的分析操作；
• 编译器的优化器和后端部分就是之前提到的 LLVM 后端，即狭义的 LLVM。

此外，由于 LLVM 的命名最早源自于底层虚拟机（Low Level Virtual Machine） 的首字母缩写，但这个项目的范围并不局限于创建一个虚拟机，这个缩写导致了大量的疑惑。LLVM 成长之后已成为众多编译工具及低级工具技术的统称，使得这个名字变得更不贴切，所以开发者决定放弃这个缩写的涵义，现在 LLVM 已独立成为一个品牌，适用于 LLVM 下的所有项目，包括 LLVM 中介码、LLVM 除错工具、LLVM cpp 标准库等。

1.5 clang介绍

Clang 是一个 C、cpp、Objective-C 和Objective-cpp编程语言的编译器前端，采用底层虚拟机（LLVM）作为后端。

• Clang 采用的是 BSD 协议的许可证，而 GCC 采用的是 GPL 协议，显然前者更为宽松；
• Clang 是一个高度模块化开发的轻量级编译器，编译速度快、占用内存小、有着友好的出错提示
• Clang项目包括Clang前端和Clang静态分析器等，目的是输出代码对应的抽象语法树并将代码编译成LLVM bitcode
• 接着后端使用LLVM编译成平台相关的机器语言

1.6 gcc和clang的交叉编译

gcc和clang都支持交叉编译链，gcc这个就比较常见了像后面章节2.2所描述的就是gcc的一个交叉编译工具链！clang通过–target=基本选项是定义目标体系结构，triple 的一般格式为<sub>---，其中：

• arch = x86_64、i386、arm、thumb、mips等。
• sub = v5, v6m, v7a, v7m等。
• vendor = pc, apple, nvidia, ibm,等。
• sys = none, linux, win32, darwin, cuda等。
• abi = eabi, gnu, android, macho, elf等。

譬如:

--target=arm-linux-gnueabihf

并且通常一个大型的编译工程，不会是上面这么直接裸写的，一般会通过环境变量进行控制的。

export LINUX_ROOT="$HOME/OH_V3.2_BETA2/code-v3.2-Beta2"
export SYSROOT="${LINUX_ROOT}/OpenHarmony/out/rk3568/obj/third_party/musl"
export LLVM_BUILD_DIR="${LINUX_ROOT}/llvm"
export PATH=${LINUX_ROOT}/OpenHarmony/prebuilts/clang/ohos/linux-x86_64/llvm/bin:$PATH
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-ohos-
export HOSTCC=clang
export BUILD=debug

1.使用Clang作为编译器 —— 使用 Clang 交叉编译
2. 使用 Clang 交叉编译
3. How To Cross-Compile Clang/LLVM using Clang/LLVM
4. LLVM cross-compiled Linux From Scratch: C & cpp libraries

1.7 小结

前面说了这么多，其实我也还还不是很清楚！先不管吗，先把参考的链接放上！

这里我对gcc，clang和llvm的理解可以用一句话来概括就是: gcc = clang(前端) + 狭义的llvm后端

1.经典编译器组成（前端+优化器+后端）以及LLVM和Clang简介
2.【编译原理】GCC/Clang/LLVM的区别与联系
3.请问LLVM与GCC之间的关系
4.GCC和clang/LLVM
5.详解三大编译器：gcc、llvm 和 clang

---

二.musl你究竟是个啥

musl你是个啥，还得从它的的出生，发展历程出发一一道来。这里我们就从各个方面来捋一捋它！musl 是基于 Linux 系统调用 API 之上实现的 C 语言标准库(libc)，历史可以追溯到 2005 年，但在 2011 年才正式确定了 MUSL 这个名称，开始对标 glibc、uClibc，从 2012 年开始，musl 开始使用 MIT License。

musl 致力于简单、高效，凭借 libc 优秀的松耦合性，做到了静态版本最小10kB，即使添加了线程等高级特性，也可以控制到 50kB，所以特别适合嵌入式设备。为了控制资源的使用， musl自己竟然不做动态内存分配。

2.1 glibc和musl-libc

这个我们分别来介绍下:

• glibc: glibc是GNU C Library 是GNU项目（GNU Project），所实现的 C语言标准库（C standard library）。 目前，常见的桌面和服务器中的GNU/Linux类的系统中，都是用的这套C语言标准库。 其实现了常见的C库的函数，支持很多种系统平台，功能很全，但是也相对比较臃肿和庞大

• musl-libc:C语言标准库Musl-libc项目发布了1.0版。Musl是一个轻量级的C标准库，设计作为GNU C library (glibc)、 uClibc或Android Bionic的替代用于嵌入式操作系统和移动设备。它遵循POSIX 2008规格和 C99 标准，采用MIT许可证授权，使用Musl的Linux发行版和项目包括sabotage，bootstrap-linux，LightCube OS等等

musl libc 和 glibc 是两个常见的 C 标准库实现，它们有一些差异。下面列出了其中一些主要的差异：

• 大小和速度：musl libc 要小得多，因为它没有像 glibc 那样提供大量的额外功能。相反，musl libc 专注于尽可能减少代码大小和函数调用开销，以提高性能。

• 兼容性：glibc 是 Linux 系统上最常见的 C 标准库，并且具有广泛的兼容性，支持许多架构和操作系统。相比之下，musl libc 对其他平台和操作系统的移植性较差。

• 实现方法：musl libc 是使用静态链接编译的，这使得它更易于构建和管理，并且不需要动态链接器。相反，glibc 使用动态链接器，这也使得它更灵活，因为它可以动态加载所需的库。

• POSIX 标准：musl libc 更加严格地遵循 POSIX 标准，而glibc 则添加了一些扩展，以提供更多的功能和兼容性。

• 错误处理：musl libc 实现的错误处理更严格和更规范，而 glibc 则有更多的错误处理选项，并且支持不同的语言环境。

• 版权问题：由于采用了 BSD 许可证，musl libc 比 glibc 更容易以开源、商业和专有软件的形式使用。

综上所述，选择使用 musl libc 还是 glibc 取决于您的具体需求。如果您需要一个小巧且速度较快的 C 标准库，在 Linux 系统上使用，则可以考虑使用 musl libc。如果您需要更广泛的兼容性和功能，则可以使用 glibc。

• 额外补充:两个都是C++标准库。libc++是针对clang编译器特别重写的cpp标准库，那libstdc++自然就是gcc的事儿了。
  
  
• 无关的科普： libc.so.6是c运行时库glibc的软链接，而系统几乎所有程序都依赖C运行时库。程序启动和运行时，是根据libc.so.6软链接找到glibc库。删除libc.so.6将导致系统的几乎所有程序不能工作。如果程序编译的时候链接的libc库版本不在程序运行环境下的glibc库支持的libc版本之内，也会报错。于是，系统的所有命令 IS,cp,cd等等都无法使用了。
  

1.Musl libc：为什么我们会需要另一个 libc？
2.musl和glibc，性能区别到底有多大
3.理清gcc、glibc、libstdc++的关系
4.uclibc、eglibc、glibc、Musl-libc之间的区别和联系
5.如何紧急修复，当你在linux中干穿了libc丢了libc.so.6,ld-linux-x86-64.so.2其中一个

干穿了，我就提桶跑路,还修复个啥！

6.musl简介
7.glibc和musl libc的区别
8.在同一个进程中加载​​ musl libc.so 和 gcc libc.so？
9.musl 的 GCC 包装器与 musl 的交叉编译器有何不同？
10.gcc编译静态库到自己的程序 解决在不同linux下因libc版本问题而不能运行 版本兼容问题
11.glib和glibc的联系区别
12.libc、glibc 和 glib 的关系
13.glibc所包含的各个库

2.2 aarch64-linux-musl-xxx

前面搞完了一个musl-libc库，这里又来了一个aarch64-linux-musl-xxx。你们是逗比吗，来这么多。真的逗比，今天又联系补上！

这里我们对aarch64-linux-musl其简单介绍下:

• aarch64 是随 ARMv8 ISA 一起引入的 64 位架构，用于执行 A64 指令的计算机。而且在 aarch64 状态下执行的代码只能使用 A64 指令集。，而不能执行 A32 或 T32 指令。但是，与 AArch32 中不同，在64位状态下，指令可以访问 64 位和 32 位寄存器。

• aarch64-linux-musl 是一个交叉编译工具链，可以在其他架构的系统中，编译安装 64 位 arm 架构的程序。常用在嵌入式代码的移植中。aarch64-linux-musl 是由musl官网基于 GCC 推出的的 ARM 交叉编译工具。可用于交叉编译 ARMv8 64 位目标中的裸机程序、u-boot、Linux kernel、filesystem 和 App 应用程序。aarch64-linux-musl 交叉编译器必须安装在 64 位主机上，才能编译目标代码。

aarch64-linux-musl-xxx如下所示:

$/opt/musl/bin$ ls
aarch64-linux-musl-addr2line  aarch64-linux-musl-gcc-9.4.0   aarch64-linux-musl-nm
aarch64-linux-musl-ar         aarch64-linux-musl-gcc-ar      aarch64-linux-musl-objcopy
aarch64-linux-musl-as         aarch64-linux-musl-gcc-nm      aarch64-linux-musl-objdump
aarch64-linux-musl-c++        aarch64-linux-musl-gcc-ranlib  aarch64-linux-musl-ranlib
aarch64-linux-musl-cc         aarch64-linux-musl-gcov        aarch64-linux-musl-readelf
aarch64-linux-musl-c++filt    aarch64-linux-musl-gcov-dump   aarch64-linux-musl-size
aarch64-linux-musl-cpp        aarch64-linux-musl-gcov-tool   aarch64-linux-musl-strings
aarch64-linux-musl-elfedit    aarch64-linux-musl-gprof       aarch64-linux-musl-strip
aarch64-linux-musl-g++        aarch64-linux-musl-ld
aarch64-linux-musl-gcc        aarch64-linux-musl-ld.bfd

这里我们可以把 aarch64-linux-musl-xxx和aarch64-linux-gnu-gcc做对比。它是一个gcc交叉编译工具链。

XXX:/opt/musl$ tree -L 1
.
├── aarch64-linux-musl
├── bin
├── include
├── lib
├── libexec
└── share

#其中git仓库地址如下，对应的

https://github.com/richfelker/musl-cross-make.git
https://gitee.com/stesen/musl-cross-make_for_openharmony.git

三.其它关于工具链知识的一些普法

工具链的知识真多，搞了一个又是一个！搞不完，记不住。但是还是木的办法，只能硬着头皮上！我不入地狱谁入地狱。我是超人！

3.1 什么是sysroot

sysroot 被称为逻辑根目录，只在链接过程中起作用，作为交叉编译工具链搜索库文件的根路径，如配置–sysroot=dir，则dir作为逻辑根目录，链接器将在dir/usr/lib中搜索库文件。

export LINUX_ROOT="$HOME/xxx/linux"
export SYSROOT="${LINUX_ROOT}/sysroot-ubuntu-20.04-arm64"


export LINUX_ROOT="$HOME/OH_V3.2_BETA2/code-v3.2-Beta2"
export SYSROOT="${LINUX_ROOT}/OpenHarmony/out/rk3568/obj/third_party/musl"

只有链接器开启了–with-sysroot选项，–sysroot=director才生效

1.编译链接实战（4）–sysroot和-isysroot选项对编译的影响
2.GCC编译选项和环境变量
3.sysroot位何物

3.2 pkg-config是个什么东东?

pkg-config的功能主要是在编译应用程序和库的时候作为一个工具来使用。pkg-config可以使用第三方库编译程序，指定库文件和头文件的位置。pkg-config就是通过.pc文件获取库的各种必要信息，包括版本信息、编译和链接需要的参数等。不同的系统的库文件的路径不同，用户也可以把库安装到不同的目录下

对于一个比较大第三方库，其头文件和库文件的数量是比较多的。如果我们一个个手动地写，那将是相当麻烦的。所以，pkg-config就应运而生了。大家应该都知道一般用第三方库的时候，就少不了要使用到第三方的头文件和库文件。我们在编译、链接的时候，必须要指定这些头文件和库文件的位置。对于一个比较大的第三方库，其头文件和库文件的数量是比较多的，如果我们一个个手动地写，那将是相当的麻烦的。因此，pkg-config就应运而生了。pkg-config能够把这些头文件和库文件的位置指出来，给编译器使用。pkg-config主要提供了下面几个功能：

• 检查库的版本号。 如果所需要的库的版本不满足要求，它会打印出错误信息，避免链接错误版本的库文件
• 获得编译预处理参数，如宏定义、头文件的位置
• 获得链接参数，如库及依赖的其他库的位置，文件名及其他一些链接参数
• 自动加入所依赖的其他库的设置

pkg-config能够把这些头文件和库文件的位置指出来，给编译器使用。如果你的系统装有libdrm，可以尝试一下下面的命令$pkg-config --cflags libdrm。可以看到其输出是gtk的头文件的路径。

我们平常都是这样用pkg-config的。

$gcc main.c `pkg-config --cflags --libs libdrm` -o main

$pkg-config --cflags --libs libdrm
-I/usr/local/include -I/usr/local/include/libdrm -L/usr/local/lib -ldrm

上面的编译命令中，`pkg-config --cflags --libs libdrm`的作用就如前面所说的，把gtk的头文件路径和库文件列出来，让编译去获取。–cflags和–libs分别指定头文件和库文件。

命令中的`不是引号，而是数字1左边那个键位的那个符号。

其实，pkg-config同其他命令一样，有很多选项，不过我们一般只会用到–libs和–cflags选项。

$pkg-config --help
Usage:
  pkg-config [OPTION?]

Help Options:
  -h, --help                              Show help options

Application Options:
  --version                               output version of pkg-config
  --modversion                            output version for package
  --atleast-pkgconfig-version=VERSION     require given version of pkg-config
  --libs                                  output all linker flags
  --static                                output linker flags for static linking
  --short-errors                          print short errors
  --libs-only-l                           output -l flags
  --libs-only-other                       output other libs (e.g. -pthread)
  --libs-only-L                           output -L flags
  --cflags                                output all pre-processor and compiler flags
  --cflags-only-I                         output -I flags
  --cflags-only-other                     output cflags not covered by the cflags-only-I option
  --variable=NAME                         get the value of variable named NAME
  --define-variable=NAME=VALUE            set variable NAME to VALUE
  --exists                                return 0 if the module(s) exist
  --print-variables                       output list of variables defined by the module
  --uninstalled                           return 0 if the uninstalled version of one or more module(s) or their dependencies will be used
  --atleast-version=VERSION               return 0 if the module is at least version VERSION
  --exact-version=VERSION                 return 0 if the module is at exactly version VERSION
  --max-version=VERSION                   return 0 if the module is at no newer than version VERSION
  --list-all                              list all known packages
  --debug                                 show verbose debug information
  --print-errors                          show verbose information about missing or conflicting packages (default unless --exists or --atleast/exact/max-version given on the command line)
  --silence-errors                        be silent about errors (default when --exists or --atleast/exact/max-version given on the command line)
  --errors-to-stdout                      print errors from --print-errors to stdout not stderr
  --print-provides                        print which packages the package provides
  --print-requires                        print which packages the package requires
  --print-requires-private                print which packages the package requires for static linking
  --validate                              validate a package's .pc file
  --define-prefix                         try to override the value of prefix for each .pc file found with a guesstimated value based on the location of the .pc file
  --dont-define-prefix                    don't try to override the value of prefix for each .pc file found with a guesstimated value based on the location of the .pc file
  --prefix-variable=PREFIX                set the name of the variable that pkg-config automatically sets

3.2.1 pkg-config配置环境变量

事实上，pkg-config只是一个工具，所以不是你安装了一个第三方库，pkg-config就能知道第三方库的头文件和库文件的位置的。为了让pkg-config可以得到一个库的信息，就要求库的提供者提供一个.pc文件。默认情况下，比如执行如下命令：

# pkg-config --libs --cflags glib-2.0
-I/usr/include/glib-2.0 -I/usr/lib/x86_64-linux-gnu/glib-2.0/include -lglib-2.0

pkg-config会到/usr/lib/pkconfig/目录下去寻找glib-2.0.pc文件。也就是说在此目录下的.pc文件，pkg-config是可以自动找到的。然而假如我们安装了一个库，其生成的.pc文件并不在这个默认目录中的话，pkg-config就找不到了。此时我们需要通过PKG_CONFIG_PATH环境变量来指定pkg-config还应该在哪些地方去寻找.pc文件。

我们可以通过如下命令来设置PKG_CONFIG_PATH环境变量：

# export PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:/usr/local/lib/pkgconfig/

这样pkg-config就会在/usr/local/lib/pkgconfig/目录下寻找.pc文件了。另外还需要注意的是,上述环境变量的设置只对当前的终端窗口有效。为了让其永久生效，我们可以将上述命令写入到/etc/bash.bashrc等文件中（配置环境变量有很多方法，不止这一种），以方便后续使用。

3.3 pc文件是个什么东东?

pc文件是个什么东东，这里我用一句话来概括就是pkg-config用来在PKG_CONFIG_PATH查找库相关依赖的，一种特殊格式文件！既然是OpenHarmony系统，这里我们就以OpenHarmony下开源mesa3d里面的pc文件为例来举例说明:

$pwd
/home/xxx/xxx/third_party/mesa3d
$cat ohos/pkgconfig_template/zlib.pc 
prefix=ohos_project_directory_stub
exec_prefix=${prefix}
libdir=${prefix}/out/ohos-arm-release/obj/third_party/zlib
sharedlibdir=${libdir}
includedir=${prefix}/third_party/zlib

Name: zlib
Description: zlib compression library
Version: 1.2.12

Requires:
Libs: -L${libdir} -L${sharedlibdir} -lz

下面我们简单描述一下pc文件中的用到的一些关键词：

• Name: 一个针对library或package的便于人阅读的名称。这个名称可以是任意的，它并不会影响到pkg-config的使用，pkg-config是采用pc文件名的方式来工作的。

• Description: 对package的简短描述

• URL: 人们可以通过该URL地址来获取package的更多信息或者package的下载地址

• Version: 指定package版本号的字符串

• Requires: 本库所依赖的其他库文件。所依赖的库文件的版本号可以通过使用如下比较操作符指定：=,<,>,<=,>=

• Requires.private: 本库所依赖的一些私有库文件，但是这些私有库文件并不需要暴露给应用程序。这些私有库文件的版本指定方式与Requires中描述的类似。

• Conflicts: 是一个可选字段，其主要用于描述与本package所冲突的其他package。版本号的描述也与Requires中的描述类似。本字段也可以取值为同一个package的多个不同版本实例。例如: Conflicts: bar < 1.2.3, bar >= 1.3.0

• Cflags: 编译器编译本package时所指定的编译选项，和其他并不支持pkg-config的library的一些编译选项值。假如所需要的library支持pkg-config,则它们应该被添加到Requires或者Requires.private中

• Libs: 链接本库时所需要的一些链接选项，和其他一些并不支持pkg-config的library的链接选项值。与Cflags类似

• Libs.private: 本库所需要的一些私有库的链接选项

1.pkg-config 与.pc文件
2.pkgconfig和环境变量PKG_CONFIG_PATH和PKG_CONFIG_LIBDIR
3.Linux中pkg-config的使用
4.Linux修改环境变量的4种方法

3.4 怎么通过OpenHarmony源码编译ohos-sdk

很简单，如下:

./build/prebuilts_download.sh
./build.sh --product-name ohos-sdk –ccache  --target-cpu arm64

1.Musl-libc库编译

该博客，简单介绍了怎么编译生成musl libc库！
2.OpenHarmony富设备移植指南—开源GPU驱动编译
这篇博客我们并不是学习怎么编译GPU，而是学习musl + clang配置编译

3.aarch64-linux-ohos交叉编译rust
4.ohos_cross_tools交叉编译工具链
5.一文带你读懂如何移植三方库到OpenHarmony

++参考价值不大，已经完全过时了！主要描述了，如何移植第三方库到OH平台，这个可以为后续vivante GPU移植到OH参考使用++

6.基于OpenHarmony的第三方库编译移植环境(arm-linux-ohos平台)
7.交叉编译 Arm64 OHOS（鸿蒙系统）版本
8.OpenHarmony musl交叉编译

这篇博客可以参考，可以怎么使用musl + gcc编译

9.clang交叉编译Android clang交叉编译使用musl库
10.Building Linux with Clang/LLVM