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OpenWRT开发之——对C++的支持（解决库依赖问题）

2016-04-22 5096
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本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL Serverless，0.5-2RCU 50GB
推荐场景：
学生管理系统数据库设计 搭建个人博客
简介：

C++是本人的强项。如果在OpenWrt中不能用C++进行开发，那就有点大失所望了。

接下来将与大家一起来尝试写一个C++程序，并把它做成 ipk 包，并试运行。


各文件内容

在 SDK/package/ 路径下创建 cpp-demo 目录，并生成一个非常简单的 cpp 程序


$ cd SDK
$ mkdir -p package/cpp-demo
$ cd package/cpp-demo
$ touch Makefile
$ mkdir src
$ cd src
$ touch Makefile main.cpp

形成如下目录结构： 


$ tree package/demo-cpp
package/cpp-demo/
|-- Makefile
`-- src
    |-- main.cpp
    `-- Makefile

package/cpp-demo/src/main.cpp内容： 


#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main(int argc, char **argv)
{
    cout << "This is C++ Demo" << endl;
    return 0;
}

package/cpp-demo/src/Makefile内容： 


target=cpp-demo
 
ALL:$(target)
 
objects=main.o
 
cpp-demo: $(objects)
    $(CXX) -o $(target) $(objects)
 
clean:
    @rm -rf $(objects)

注意：上面用的是CXX，而不是CC，就这点区别。


package/Makefile内容：


include $(TOPDIR)/rules.mk
 
PKG_NAME:=cpp-demo
PKG_RELEASE:=1
PKG_BUILD_DIR:=$(BUILD_DIR)/$(PKG_NAME)
 
include $(INCLUDE_DIR)/package.mk
 
define Package/cpp-demo
    SECTION:=utils
    CATEGORY:=Utilties
    TITLE:=cpp-demo
endef
 
define Build/Prepare
    $(MKDIR) -p $(PKG_BUILD_DIR)
    $(CP) ./src/* $(PKG_BUILD_DIR)
endef
 
define Package/cpp-demo/install
    $(INSTALL_DIR) $(1)/bin
    $(INSTALL_BIN) $(PKG_BUILD_DIR)/cpp-demo $(1)/bin
endef
 
$(eval $(call BuildPackage,cpp-demo))

解决链接错误

在SDK目录下 make V=s，结果报错：


Package cpp-demo is missing dependencies for the following libraries:
libstdc++.so.6

对错误的初步认识

说是要依赖 libstdc++.so.6 这个库文件？

那好吧，在本地机上安装一个便是了。


$ sudo yum install libstdc++
...省略...
Package libstdc++-4.4.7-11.el6.i686 already installed and latest version
Nothing to do

说明本地已安排了libstdc++了的。难不成是版本对不上号？

我用 locate命令找了一下 libstdc++这个文件，发现存在 /usr/lib/libstdc++.so.6 文件。这应该就是上面需要的库吧。

应该在LD_LIBRARY_PATH环境变量中没有将 /usr/lib 加入到其中。如下：


$ LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/lib make V=s

这次，报： 


Package cpp-demo is missing dependencies for the following libraries:
libc.so.6
libm.so.6
libstdc++.so.6

不凑效？！


发现依赖的是目标机的动态库

不过静下心来想想，我编译cpp-demo需要的是开发机的动态库呢，还是目标机的动态库？

动态库是程序在运行起来后加载的库，那么cpp-demo在目标机上运行起来后，加载的动态库应该是目标机的，不应该是开发机的。所以，刚刚我在整开发机上的动态库，与这个应该是两码事儿。


在SDK路径下搜所有的动态库文件：


$ find -name lib*.so.*
./staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/lib/libzmq.so.4
./staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/lib/libevent_openssl-2.0.so.5
./staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/lib/libpopt.so.0.0.0
...<略>
./staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/lib/mysql/libmysqlclient.so.16
./staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/lib/mysql/libmysqlclient_r.so.16.0.0
...<略>
./staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/lib/libc.so.0
./staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/lib/libstdc++.so.6
...<略>
./staging_dir/host/lib/libltdl.so.7
./staging_dir/host/lib/liblzma.so.5

有很多，也看到了 libstdc++.so.6

应该是在链接时将 libstdc++.so.6 所在的路径加进来吧。就像：


g++ -L./staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/lib/ -lstdc++

这样。


排除编译错误

我们检查编译调试信息打印出来的LDFLAGS的值：


LDFLAGS="-L/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/lib\
         -L/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/lib\
         -L/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/usr/lib\
         -L/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/lib "

这说明，libstdc++.so.6已在LDFLAGS的路径范围之下，编译不应该出错。

还是好好研究一下错误提示：


make[4]: Entering directory `/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo'
make[4]: Nothing to be done for `ALL'.
make[4]: Leaving directory `/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo'
touch /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/.built
mkdir -p /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/bin/ar71xx/packages /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/ipkg-ar71xx/cpp-demo/CONTROL /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/pkginfo
install -d -m0755 /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/ipkg-ar71xx/cpp-demo/bin
install -m0755 /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/cpp-demo /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/ipkg-ar71xx/cpp-demo/bin
find /home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/ipkg-ar71xx/cpp-demo -name 'CVS' -o -name '.svn' -o -name '.#*' -o -name '*~'| xargs -r rm -rf
Package cpp-demo is missing dependencies for the following libraries:
libc.so.6
libm.so.6
libstdc++.so.6
make[3]: *** [/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/bin/ar71xx/packages/base/cpp-demo_1_ar71xx.ipk] Error 1

从前3行看来，cpp-demo的编译好像是正常通过了的。

查看 build_dir/target-mips


tree build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/
build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/
|-- cpp-demo
|-- ipkg-ar71xx
|   `-- cpp-demo
|       |-- bin
|       |   `-- cpp-demo
|       `-- CONTROL
|-- main.cpp
|-- main.o
`-- Makefile
 
4 directories, 5 files

在这个路径下已经成功生成了cpp-demo可执行程序。证明，编译是通过了的。

为什么 find 执行完就报错？


深入研究错误根源

怎么入手？从错误提示入手吧，看看是在哪里提示"Package cpp-demo is missing dependencies for the following libraries"的。

在SDK目录下执行 grep 命令进行查找。


$ grep "is missing dependencies for the following libraries" ./* -R
./include/package-ipkg.mk:            echo "Package $(1) is missing dependencies for the following libraries:" >&2; \

package-ipkg.mk

打开 include/package-ipkg.mk 文件看个究竟。

195538_nzYg_243525.png

在74行输入错误提示信息，条件是存在文件 $(PKG_INFO_DIR)/$(1).missing 这个文件。那问题来了，这个文件是怎么产生的呢？

行70~71行的意思是：如果在 $(PKG_INFO_DIR)/$(1).provides 中没有找到$FILE的，就把$FILE写入到 $(PKG_INFO_DIR)/$(1).missing
其中 $(1)值为cpp-demo，相应的 cpp-demo.provides 与 cpp-demo.missing 都是在 SDK/staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/pkginfo/ 路径下的。

那么 xxx.provides 文件里的内容代码什么呢？


63～68行为一个执行进程，它用管道与while语句连接起来。也就是说while里面的FILE变量就是63～68行标准输出的结果。
65，66，67是在根据平台设置环境变量的值，然后在68行执行 SDK/scripts/gen-dependencies.sh。

我猜gen-dependencise.sh执行输出的一定是cpp-demo所依赖的库名称。


研究gen-dependencise.sh

我们打开 SDK/scripts/gen-dependencise.sh 文件，其中最核心的一段：


#!/usr/bin/env bash
 
TARGETS=$*
XARGS="${XARGS:-xargs -r}"
 
find $TARGETS -type f -a -exec file {} \; | \
  sed -n -e 's/^\(.*\):.*ELF.*\(executable\|shared object\).*,.* stripped/\1/p' | \
  $XARGS -n1 $READELF -d | \
  awk '$2 ~ /NEEDED/ && $NF !~ /interpreter/ && $NF ~ /^\[?lib.*\.so/ { gsub(/[\[\]]/, "", $NF); print $NF }' | \
  sort -u

从TARGETS目录下查看到所有的文件。对每个文件并用file命令输入该文件的基本信息。用sed对file的输出进行分析，找出有"ELF"且有"executable"或"shared object"关键字的文件。
再对这个文件用 readelf -d 命令输入ELF文件的信息，再用awk从中提取出所依赖的 *.so 文件名，并打印到标准输出。


我亲手用readelf查看一下cpp-demo依赖什么：


$ readelf -d build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/cpp-demo 
 
Dynamic section at offset 0x934 contains 23 entries:
  Tag        Type                         Name/Value
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libstdc++.so.6]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libm.so.6]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libgcc_s.so.1]
 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]
 0x0000000c (INIT)                       0x80484e8
...<省略>

它确实依赖 libstdc++.so.6, libm.so.6, libc.so.6 这3个动态库文件。


现在 package-ipk.mk 文件中过程理清楚了。cpp-demo所依赖的库文件，在cpp-demo.provides 文件中找不到就会写入到 cpp-demo.missing。

如果纯粹是想让它打包成功的话，那就把差的文件写入到cpp-demo.provides文件就了事儿了。

这样做会不会有后有后遗症？

试试再说～，结果还是不成功。原因是cpp-demo.provides是自动生成的。就算是我手动改了它，下次make的时候还是会还原的。


那新问题是：Who在生成这个cpp-demo.provides文件？它是根据什么生成这个文件的？

那就grep一下关键字"$(1).provides"，应该就可以找到。结果还是在 package-ipk.mk 文件里：

222249_LuiV_243525.png

L185，将数据进行排序了之后写入到 cpp-demo.provides。数据由L179～184产生。

L179，将IDIR_$(1)目录下的所有 lib*.so*, *.ko 文件名打印出来，作为已有的库文件，由L185写入cpp-demo.provides文件。

IDIR_$(1)的定义如下：

223419_0Svn_243525.png

L180～184这个for循环不太好理解。

224552_sjpX_243525.png

其中patsubst，是个字串替换命令，其详细用法见：［makefile中的patsubst］

$(patsubst %,$(PKG_INFO_DIR)/%.provides,$(IDEPEND_$(1))) 返回的结果是：将$(IDEPEND_$(1))中的每个结果 item，变成：$(PKG_INFO_DIR)/$(item).provides返回。


那IDEPEND_$(1)是什么？

225625_fnsu_243525.png

225721_Db5Y_243525.png

博主深深地感到脑容量不够了。有哪位高人知道的，请指点一下。


跳出这个洞，回到L180～184，的问题。它就是把其它的某个相关的 xxxx.provides 文件里的内容输出来。

博主通过经验推断，xxxx.provides 代表的是是与cpp-demo依赖的组件所依赖的库。


解决方案一：在 Makefile 中添加 Package/cpp-demo/extra_provides 宏

注意：L184，是 $(Package/$(1)/extra_provides)。也就是说，我们可以在 package/cpp-demo/Makefile 文件中定义 Package/cpp-demo/extra_provides 宏来强制性地将那几个库加进去。比如：


define Package/cpp-demo/extra_provides
    echo "libstdc++.so.6"
    echo "libc.so.6"
    echo "libm.so.6"
endef

经过试验，正确的写法如下： 


define Package/cpp-demo/extra_provides
    echo 'libstdc++.so.6'; \
    echo 'libm.so.6'; \
    echo 'libc.so.6';
endef

这样写果然凑效，再 make V=s，能够打包成功。

但是，有点我们必须明确的是：在打包中生成的ipk文件里，是没有libstdc++, libc, libm这3个库的。如果所安装的OpenWrt系统里也没有这3个库，那么我们安装的应用程序是不能正常使用的。
相当于是在骗ipk工具，我们已具备了上面这3个库文件。

比较稳妥的方法是采用方案二，如下：


解决方案二：在 Makefile 中的 Package/cpp-demo/install 宏中准备所需的库文件

还有另一个方法，注意L176，$(call Package/$(1)/install, $$(IDIR_$(1)))，这个就是引用了我们在Makefile里写的 Package/cpp-demo/install 宏么？
我们可以在这个宏里，将它需要的几个库文件复制到 $(1) 对应的目录下。

如下修改：


define Package/cpp-demo/install
    $(INSTALL_DIR) $(1)/bin
    $(INSTALL_BIN) $(PKG_BUILD_DIR)/cpp-demo $(1)/bin
 
    $(INSTALL_DIR) $(1)/usr/lib
    $(INSTALL_DATA) $(TOOLCHAIN_DIR)/lib/libstdc++.so.6 $(1)/usr/lib
    $(INSTALL_DATA) $(TOOLCHAIN_DIR)/lib/libm.so $(1)/usr/lib/libm.so.6
    $(INSTALL_DATA) $(TOOLCHAIN_DIR)/lib/libc.so $(1)/usr/lib/libc.so.6
endef

其中，INSTALL_DATA 与 TOOLCHAIN_DIR 这两个变量在 rules.mk 文件中定义。
之所以选用 TOOLCHAIN_DIR，是因为libstdc++.so.6这个文件就在这个变量所对应的路径下。不信，你可以用 find 命令查找一下。

好了，这样再make V=s，就能正常打包了。


解决方案三：在 Makefile 文件的 Package/cpp-demo 宏中加 DEPENDS 描述

这个方法不是我想到的，是［GunNRose］给我建议。修改 Makefile：


define Package/cpp-demo
    ...<略>
    DEPENDS:+=libstdcpp
endef

经博主亲自尝试，是OK的。

不过，为什么是叫libstdcpp而不是libstdc++呢？这个有待研究一下。

官方Dependence文档：http://wiki.openwrt.org/doc/devel/dependencies


试用

将生成的 SDK/bin/ar71xx/packages/base/cpp-demo_1_ar71xx.ipk 文件用 scp 传到目标机上进行安装试用。


$ scp bin/ar71xx/packages/base/cpp-demo_1_ar71xx.ipk root@192.168.1.2:
root@192.168.1.2's password: 
cpp-demo_1_ar71xx.ipk                    100%  278KB 278.0KB/s   00:01
$

然后用 SSH 登陆到目标机上去安装。 


root@OpenWrt:~# opkg install cpp-demo_1_ar71xx.ipk 
Installing cpp-demo (1) to root...
Configuring cpp-demo.

试执行一下 cpp-demo 


root@OpenWrt:~# cpp-demo 
/bin/cpp-demo: line 3: syntax error: unexpected word (expecting ")")

Oops～  运行不起来。


解决运行不起来的问题

检查一下那3个依赖的库文件，都还在。那为什么不能运行起来呢？

之前博主在排查上面库依赖的问题的时候已看出了端倪。

在 SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/ipkg-ar71xx/cpp-demo/ 路径下的所有内容都是直接打包的文件。而这里面的 bin/cpp-demo 可执行文件在开发机上居然都正常运行。

这明显不对，bin/cpp-demo 应该是运行在目标机上的ELF文件，怎么可以在开发机上运行？开发机与目标机都不是同类型的CPU。一定是这里出了问题！

博主在想，是不是在交叉编译的时候，选用了本机的gcc，而非目标机的gcc。如下为 SDK/package/cpp-demo/src/Makefile ：


target=cpp-demo
 
ALL:$(target)
 
objects=main.o
 
cpp-demo: $(objects)
    echo "CXX = $(CXX)"
    $(CXX) -o $(target) $(objects)
 
clean:
    @rm -rf $(objects)

为了知道CXX到底是哪一个编译器。我特地加了 echo "CXX = $(CXX)" 调试信息。

把 SDK/build_dir 删了重新 make。为了方便分析，


$ rm -rf build_dir
$ make V=s | less

分析打印的信息： 


CC="mips-openwrt-linux-uclibc-gcc" GCC="mips-openwrt-linux-uclibc-gcc" CXX="mips-openwrt-linux-uclibc-g++"
...
make[4]: Entering directory `/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo'
make[4]: Nothing to be done for `ALL'.
make[4]: Leaving directory `/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo'
...

咦？Nothing to be done for 'ALL'，表示没有什么需要再编译的了。

我赶紧查看


[SDK]$ ls build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo/
cpp-demo  ipkg-ar71xx  main.cpp  main.o  Makefile

发现cpp-demo已经生成，而且在开发机上可运行。这个cpp-demo是怎么来的？难不出是从 package/cpp-demo/src里来的？

我突然想到，我之前进入 package/cpp-demo/src/ 路径下，执行过一次 make，那时一定生成了一个 cpp-demo 可执行程序。查看之：


[SDK]$ ls package/cpp-demo/src/
cpp-demo  main.cpp  main.o  Makefile

果然有它！在make时，由于它的存在，编译组件就认为已经有了就不必再编译，所以才导致了上述的问题。

删除cpp-demo以及main.o。回到SDK，重新make


$ rm -rf build_dir
$ make V=s | less

分析打印的信息： 


CC="mips-openwrt-linux-uclibc-gcc" GCC="mips-openwrt-linux-uclibc-gcc" CXX="mips-openwrt-linux-uclibc-g++"
...
make[4]: Entering directory `/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo'
mips-openwrt-linux-uclibc-g++ -Os -pipe -mno-branch-likely -mips32r2 -mtune=34kc -fno-caller-saves -fhonour-copts -Wno-error=unused-but-set-variable \
  -msoft-float -mips16 -minterlink-mips16  -I/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/usr/include \
  -I/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/include \
  -I/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/usr/include \
  -I/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/staging_dir/toolchain-mips_34kc_gcc-4.8-linaro_uClibc-0.9.33.2/include \
  -c -o main.o main.cpp
echo "DEBUG: CXX = mips-openwrt-linux-uclibc-g++"
DEBUG: CXX = mips-openwrt-linux-uclibc-g++
mips-openwrt-linux-uclibc-g++ -o cpp-demo main.o
make[4]: Leaving directory `/home/hevake_lcj/Workspace/OpenWRT/OpenWrt-SDK/build_dir/target-mips_34kc_uClibc-0.9.33.2/cpp-demo'
...

根据调试信息可以知道cpp-demo是用mips-openwrt-linux-uclibs-g++来编译的。这下应该就对了！

再次尝试将ipk文件传到目标机上并安装。运行效果如下：


root@OpenWrt:~# cpp-demo 
This is C++ Demo

成功了！


总结

这一次，一个小小的cpp-demo实验，经历了太多波折。不过在尝试解决这些问题的过程中，我们可以更深入地了解其中的编译机制。

首先，我们知道了创建C++应用与C应用没什么区别，莫非就是在Makefile中将CC改成CXX。

然后我们了解到了在打包的时候，它是如何查找一个ELF文件依赖哪些动态包。并知道如何将所依赖的包加入到我们的ipk中。

最后，我们了解到了在rules.mk中定义了大量有用的变量，在include/package-ipk.mk文件中了解到打包的过程。

总之，这次折腾也算是蛮有收获的。


求被关注

我会坚持天天学习，并写博文。如果小伙伴们想一定来研究，那就关注我吧～

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云数据库 RDS MySQL 版
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C++库
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李名赫
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