交叉编译、软硬链接

什么是交叉编译？交叉编译是一个行为，是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。

本地编译：本地编译可以理解为，在当前编译平台下，编译出来的程序只能放到当前平台下运行。平时我们常见的软件开发，都是属于本地编译：比如，我们在 x86 平台上，编写程序并编译成可执行程序。这种方式下，我们使用 x86 平台上的工具，开发针对 x86 平台本身的可执行程序，这个编译过程称为本地编译。
交叉编译：交叉编译可以理解为，在当前编译平台下，编译出来的程序能运行在体系结构不同的另一种目标平台上，但是编译平台本身却不能运行该程序：比如，我们在 x86 平台上，编写程序并编译成能运行在 ARM 平台的程序，编译得到的程序在 x86 平台上是不能运行的，必须放到 ARM 平台上才能运行。
宿主机（host）：编辑和编译程序的平台，一般是基于X86的PC机，通常也被称为主机。
目标机（target）：用户开发的系统，通常都是非X86平台。host编译得到的可执行代码在target上运行。
prefix：交叉编译器的安装位置。
比如：我们在windows上面编写51和32的代码，并编译成可执行代码，如xx.hex,是在C51上面运行不是在windows上面运行，交叉编译的发生在keil（集成环境上面）。同样：我们在ubuntu（linux）上面编写树莓派的代码，并编译成可执行代码，如xx.out,是在树莓派上面运行不是在ubuntu（linux）上面运行。

为什么要交叉编译？

有时是因为目的平台上不允许或不能够安装我们所需要的编译器，而我们又需要这个编译器的某些特征
有时是因为目的平台上的资源贫乏，无法运行我们所需要编译器
有时又是因为目的平台还没有建立，连操作系统都没有，根本谈不上运行什么编译器。
在项目的起始阶段，目的平台尚未建立，因此需要做交叉编译，以生成我们所需要的bootloader（启动引导代码）以及操作系统核心
其次，当目的平台能启动之后，由于目的平台上资源的限制，当我们编译大型程序时，依然可能需要用到交叉编译。
Speed： 目标平台的运行速度往往比主机慢得多，许多专用的嵌入式硬件被设计为低成本和低功耗，没有太高的性能
Capability： 整个编译过程是非常消耗资源的，嵌入式系统往往没有足够的内存或磁盘空间
Availability： 即使目标平台资源很充足，可以本地编译，但是第一个在目标平台上运行的本地编译器总需要通过交叉编译获得
Flexibility： 一个完整的Linux编译环境需要很多支持包，交叉编译使我们不需要花时间将各种支持包移植到目标板上

交叉编译工具链（交叉编译器）是什么？一般由编译器、连接器、解释器和调试器组成，就是为了编译、链接、处理和调试跨平台体系结构的程序代码。

要进行交叉编译，我们需要在主机平台上安装对应的交叉编译工具链（cross compilation tool chain），然后用这个交叉编译工具链编译我们的源代码，最终生成可在目标平台上运行的代码。常见的交叉编译例子如下：

在Windows PC上，利用ADS（ARM开发环境），使用armcc编译器，则可编译出针对ARM CPU的可执行代码
在Linux PC上，利用arm-linux-gcc编译器，可编译出针对Linux ARM平台的可执行代码
在Windows PC上，利用cygwin环境，运行arm-elf-gcc编译器，可编译出针对ARM CPU的可执行代码
树莓派有flash和运行内存（RAM随机存储器），但是树莓派有时因为目标平台没有建立，连操作系统都没有，根本谈不上编译器。因此需要做交叉编译，以生成平台至少所需要的：bootloader（启动引导代码） 以及 操作系统核心

交叉编译工具链的安装：

不同的平台用的交叉比编译器不同，就像我们在用keil编译51的代码时要选择对应的芯片，编译32的代码时也要选择对应的芯片，这其实都是在间接地选择了编译器。如果目标机是树莓派，那么我们将会用到树莓派的交叉编译工具链。

首先下载树莓派的交叉编译工具链，下载地址点这里，点击download下载即可。
交叉编译工具链的安装有两种方法：①临时有效 ②永久有效
临时有效：将路径加入PATH环境变量（将命令加入终端，使命令使用更加方便，不用敲很长的路径），echo $PATH 显示当下的环境变量，然后使用指令：export PATH=设置新的环境变量
永久有效：vi .bashrc打开工作目录下的.bashrc （隐藏文件），用来配置命令终端的，每次启动终端都会执行这个脚本。将上面的配置命令添加在这个文件的最后一行即可。然后source /home/CLC/.bashrc使用这个指令是设置立即生效
下面记录在ubuntu上面安装树莓派的交叉编译工具，首先在上方的那个网址下载交叉编译工具到与虚拟机共享的文件夹，然后将压缩包拷贝到虚拟机使用指令cp /mnt/hgfs/Sharefromwindows/tools-master.zip .
然后使用指令进行解压：unzip tools-master.zip，解压完成后会出现tool-master这个文件夹，进入这个文件夹，可以看到arm-bcm2708,所需要的交叉编译工具就是在这里，进入这个文件夹gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64因为我的虚拟机（宿主机）是64位的所以选择这个文件夹，如果是32位的用gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian这个文件夹夹里面的。进入自己对应的文件夹，然后进入bin目录下，可以看到很多绿色的可执行文件
我们要用的交叉编译工具就是浅蓝色的那个软连接（相当于windows下面的快捷方式）arm-linux-gnueabihf-gcc，可以使用指令：./arm-linux-gnueabihf-gcc -v查看交叉编译1器的版本相关信息，和查看gcc版本的指令类似：gcc -v
在ubuntu里面编译一个可执行代码，可以通过file testone来查看文件的属性，如下图所示：x86-64 表示只能运行在64位的X86的机子上，这样在可执行程序就不能在树莓派上面跑。
如果想要在树莓派上面运行，就要使用指令编译：arm-linux-gnueabihf-gcc testone.c -o testone这样生成的testone就可以在ARM平台上面运行。
可以使用指令：scp testone pi@192.168.43.136:/home/pitestone是要移动到树莓派的可执行文件，192.168.43.136是树莓派的ip地址，冒号后面是将文件放到树莓派的哪一个位置。可以看到绿色的可执行文件testone然后可执行。
如果将一个只能在x86运行的代码，移动到树莓派上面，则会报错：-bash: ./testone: cannot execute binary file: Exec format error表示不能解析这个二进制文件。同样我们可以将项目二代码的服务端移到树莓派上面运行，客户端在虚拟机上面运行。

客户端：
在这里插入图片描述
服务端：

带WiringPi库的代码如何在上位机进行交叉编译？

需要先在宿主机上面（这里是ubuntu）安装wiringPi库
wiringPi库百度网盘：链接：https://pan.baidu.com/s/1cPIt-xZLye1DAQjq2yKzeg提取码：35vt
进入解压后的WiringPi文件夹，然后打开INSTALL这个文件夹，查看如何下载，这里显示直接执行build文件即可（编译wiringPi库生成动态库，编译时需要链接，但是它是使用的gcc编译器，编译出来库是只能运行在x86平台上的），然后将会下载到/usr/local/lib这个目录下，然后可以使用指令：arm-linux-gnueabihf-gcc demo.c -I /home/fhn/wringPi/WiringPi/wiringPi -lwiringPi但是会发现报错，是因为链接wiringPi库的时候是链的/usr/local/lib这个目录下的libwiringPi.so
但是file libwiringPi.so去查看这个文件的属性，发现这个文件的属性是在x86上面运行的，然而我们需要在ARM上面运行，所以是不兼容的，会报错：/home/fhn/arm-tool/tools-master/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.8.3/../../../../arm-linux-gnueabihf/bin/ld: cannot find -lwiringPi collect2: error: ld returned 1 exit status
正常情况下我们先要交叉编译wiringPi库，编译出适合树莓派的库，这时候交叉编译可执行程序的时候，链接库的格式也是正确的。那么我们可以将树莓派的wiringPi库拿到虚拟机，libwiringPi.so就这个动态库，但是这是个软连接（相当于快捷方式）
使用指令：ls -l |grep libwiringPi.so可以看出这个文件是指向libwiringPi.so.2.50这个动态库的。所以我们需要将这个动态库发送到ubuntu里面，使用指令：scp libwiringPi.so.2.50 fhn@192.168.43.112:/home/fhn/wringPi/WiringPi，就算将软连接发送到ubuntu也不会指向这个动态库，还需要我们自己创建动态库。如果传输过程中出现错误：ssh: connect to host 192.168.43.112 port 22: Connection refused lost connection表示ubuntu没有安装ssh，在ubuntu里面下载ssh即可：sudo apt-get install ssh
使用指令：ln -s libwiringPi.so.2.50 libwiringPi.so 创建软连接，下面有详细的讲解软硬链接，创建软连接后使用指令：arm-linux-gnueabihf-gcc hc.c -I /home/fhn/wringPi/WiringPi/wiringPi -L . -lwiringPi -o hc进行编译，其中：-I /home/fhn/wringPi/WiringPi/wiringPi是链接的wiringPi库的头文件，-L是指定动态库在当前目录下去查找库文件。
学习指令：grep gcc * -nir在所有文件里面查找gcc字眼，n表示显示行号、i表示不区分大小写、n表示递归查找、*表示在所有文件里面去查找。

硬盘：

在介绍硬链接和软链接之前，首先介绍下硬盘相关的知识，主要是了解下 inode 。

硬盘设备是由大量的扇区组成的。以 MBR 分区为例。每个扇区的容量为 512 字节。其中第一个扇区最重要。它里面保存着主引导记录与分区表信息。就第一个扇区来讲，主引导记录需要占用 446 字节，分区表为 64 字节，结束符占用 2 字节。其中分区表每记录一个分区信息就需要 16 字节，这样一来，最多就只有4个分区信息可以写到第一扇区中，这4个分区就是4个主分区。
第一个扇区最多只能创建出4个分区 ?
为了解决分区个数不够的问题，可以将第一个扇区的分区表中16个字节(原本要写入主分区信息)的空间(称之为扩展分区)拿出来指向另一个分区。
也就是说，扩展分区并不是一个真正的分区，而像是有一个占用 16
字节的分区表空间的指针，一个指向另外一个分区的指针。这样一来，用户一般会选择使用3个主分区+1个扩展分区的方法，然后在扩展分区中创建无数个逻辑分区，从而来满足多分区(大于4个)的需求。
Linux 系统中有一个名为 superblock 的 “硬盘地图”。 Linux 并不是把文件内容直接写入到 superblock 中，而是在里面记录着整个文件系统的信息。Linux 把每个文件的权限与属性记录在 inode("索引节点：index node ") 中，而且每个文件占用一个独立的 inode 表格，该表格的默认大小为 128 字节。里面记录着如下信息：文件的访问权限(read、write、execute)、该文件的所有者与所属组(owner、group)、该文件的大小(size)、该文件的创建或内容修改时间(ctime)、该文件的最后一次访问时间(atime)、该文件的修改时间(mtime)、文件的特殊权限(SUID、SGID、SBIT)、该文件的真实数据地址(point)
在 Linux 系统中，inode 号才是文件的唯一标识而非文件名。文件名只是为了方便人们的记忆和适用。
如上述命令 “ls -li” 结果中的第一列就是文件的 inode 号。系统是通过 inode 号寻找正确的文件数据块。
文件的实际内容则保存在 block 中(大小可以是 1KB、2KB 或 4KB)，一个 inode 的默认大小为 128KB (在 Ext3 文件系统中),记录一个 block 则消耗 4B 。当文件的 inode 被写满后，Linux 系统会自动分配出一个 Block 块，专门用于像 innode 那样记录其他 block 块的信息，这样能把各个 block 块的内容串到一起，就能够让用户读到完整的文件内容了。
对于存储文件内容的的 Block 块，有以下两种常见情况，以 4KB 的 block 大小为例说明情况 : 文件很小(1KB) , 但依然会占用一个 block ，因此会潜在占用 3kb。文件很大(5kb) ，那么会占用两个 block。

总结：

superBlock : 存储整个文件系统的信息。
inode : 存储文件的权限与属性。
data block : 真正存储文件内容。

软硬连接：
在 Windows 系统中，快捷方式是指向原始文件的一个链接文件。可以让用户从不同的位置来访问原始的文件；原文件一旦被删除或剪切到其他地方后，会导致链接文件失效。但是在 Linux 系统中，"快捷方式"就不太一样，在 Linux 系统存在硬链接和软链接两种文件。

硬链接(hard link) ：可以将它理解为一个 “指向原始文件 inode（储存原始文件信息）的指针”，系统不为它分配独立的 inode 和文件。所以，硬链接文件与原始文件其实是同一个文件，只是名字不同。我们每添加一个硬链接，该文件的 innode 连接数就会增加 1 ；而且只有当该文件的 inode 连接数为 0 时，才算彻底将它删除。因此即便删除原始文件，依然可以通过硬链接文件来访问。需要注意的是，我们不能跨分区对文件进行链接。可以使用指令：ln fileName newFileName为原文件fileName 创建硬链接newFileName
软链接(symbolic link) ：等同于 Windows 系统下的快捷方式。仅仅包括所含链接文件的路径名字。因此能链接目录，也能跨文件系统链接。但是，当删除原始文件后，链接文件也将失效。
总结：硬链接是指向原始文件 inode的指针，而软连接则是仅仅包括所含链接文件的路径名字

ln - 新建链接：ln 用于创建软或硬链接。
在这里插入图片描述