chapter05/toolchaintechnotes.xml

   1 <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>
   2 <!DOCTYPE sect1 PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.5//EN"
   3   "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.5/docbookx.dtd" [
   4   <!ENTITY % general-entities SYSTEM "../general.ent">
   5   %general-entities;
   6 ]>
   7
   8 <sect1 id="ch-tools-toolchaintechnotes">
   9   <?dbhtml filename="toolchaintechnotes.html"?>
  10
  11   <title>Toolchain Technical Notes</title>
  12
  13   <para>This section explains some of the rationale and technical details
  14   behind the overall build method. It is not essential to immediately
  15   understand everything in this section. Most of this information will be
  16   clearer after performing an actual build. This section can be referred
  17   to at any time during the process.</para>
  18
  19   <para>The overall goal of <xref linkend="chapter-temporary-tools"/> is to
  20   produce a temporary area that contains a known-good set of tools that can be
  21   isolated from the host system. By using <command>chroot</command>, the
  22   commands in the remaining chapters will be contained within that environment,
  23   ensuring a clean, trouble-free build of the target LFS system. The build
  24   process has been designed to minimize the risks for new readers and to provide
  25   the most educational value at the same time.</para>
  26
  27   <note>
  28     <para>Before continuing, be aware of the name of the working platform,
  29     often referred to as the target triplet. A simple way to determine the
  30     name of the target triplet is to run the <command>config.guess</command>
  31     script that comes with the source for many packages. Unpack the Binutils
  32     sources and run the script: <userinput>./config.guess</userinput> and note
  33     the output. For example, for a modern 32-bit Intel processor the
  34     output will likely be <emphasis>i686-pc-linux-gnu</emphasis>.</para>
  35
  36     <para>Also be aware of the name of the platform's dynamic linker, often
  37     referred to as the dynamic loader (not to be confused with the standard
  38     linker <command>ld</command> that is part of Binutils). The dynamic linker
  39     provided by Glibc finds and loads the shared libraries needed by a program,
  40     prepares the program to run, and then runs it. The name of the dynamic
  41     linker for a 32-bit Intel machine will be
  42     <filename class="libraryfile">ld-linux.so.2</filename>.
  43     A sure-fire way to determine the name of the dynamic linker is to
  44     inspect a random binary from the host system by running:
  45     <userinput>readelf -l &lt;name of binary&gt; | grep interpreter</userinput>
  46     and noting the output. The authoritative reference covering all platforms
  47     is in the <filename>shlib-versions</filename> file in the root of the Glibc
  48     source tree.</para>
  49   </note>
  50
  51   <para>Some key technical points of how the <xref
  52   linkend="chapter-temporary-tools"/> build method works:</para>
  53
  54   <itemizedlist>
  55     <listitem>
  56       <para>Slightly adjusting the name of the working platform, by changing the
  57       &quot;vendor&quot; field target triplet by way of the
  58       <envar>LFS_TGT</envar> variable, ensures that the first build of Binutils
  59       and GCC produces a compatible cross-linker and cross-compiler. Instead of
  60       producing binaries for another architecture, the cross-linker and
  61       cross-compiler will produce binaries compatible with the current
  62       hardware.</para>
  63     </listitem>
  64     <listitem>
  65       <para> The temporary libraries are cross-compiled.  Because a
  66       cross-compiler by its nature cannot rely on anything from its host
  67       system, this method removes potential contamination of the target
  68       system by lessening the chance of headers or libraries from the host
  69       being incorporated into the new tools.  Cross-compilation also allows for
  70       the possibility of building both 32-bit and 64-bit libraries on 64-bit
  71       capable hardware.</para>
  72     </listitem>
  73     <listitem>
  74     <para>Careful manipulation of the GCC source tells the compiler which target
  75     dynamic linker will be used.</para>
  76     </listitem>
  77   </itemizedlist>
  78
  79   <para>Binutils is installed first because the <command>configure</command>
  80   runs of both GCC and Glibc perform various feature tests on the assembler
  81   and linker to determine which software features to enable or disable. This
  82   is more important than one might first realize. An incorrectly configured
  83   GCC or Glibc can result in a subtly broken toolchain, where the impact of
  84   such breakage might not show up until near the end of the build of an
  85   entire distribution. A test suite failure will usually highlight this error
  86   before too much additional work is performed.</para>
  87
  88   <para>Binutils installs its assembler and linker in two locations,
  89   <filename class="directory">/tools/bin</filename> and <filename
  90   class="directory">/tools/$LFS_TGT/bin</filename>. The tools in one
  91   location are hard linked to the other. An important facet of the linker is
  92   its library search order. Detailed information can be obtained from
  93   <command>ld</command> by passing it the <parameter>--verbose</parameter>
  94   flag. For example, an <userinput>ld --verbose | grep SEARCH</userinput>
  95   will illustrate the current search paths and their order. It shows which
  96   files are linked by <command>ld</command> by compiling a dummy program and
  97   passing the <parameter>--verbose</parameter> switch to the linker. For example,
  98   <userinput>gcc dummy.c -Wl,--verbose 2&gt;&amp;1 | grep succeeded</userinput>
  99   will show all the files successfully opened during the linking.</para>
 100
 101   <para>The next package installed is GCC. An example of what can be
 102   seen during its run of <command>configure</command> is:</para>
 103
 104 <screen><computeroutput>checking what assembler to use... /tools/i686-lfs-linux-gnu/bin/as
 105 checking what linker to use... /tools/i686-lfs-linux-gnu/bin/ld</computeroutput></screen>
 106
 107   <para>This is important for the reasons mentioned above. It also demonstrates
 108   that GCC's configure script does not search the PATH directories to find which
 109   tools to use. However, during the actual operation of <command>gcc</command>
 110   itself, the same search paths are not necessarily used. To find out which
 111   standard linker <command>gcc</command> will use, run:
 112   <userinput>gcc -print-prog-name=ld</userinput>.</para>
 113
 114   <para>Detailed information can be obtained from <command>gcc</command> by
 115   passing it the <parameter>-v</parameter> command line option while compiling
 116   a dummy program. For example, <userinput>gcc -v dummy.c</userinput> will show
 117   detailed information about the preprocessor, compilation, and assembly stages,
 118   including <command>gcc</command>'s included search paths and their order.</para>
 119
 120   <para>Next installed are sanitized Linux API headers. These allow the standard
 121   C library (Glibc) to interface with features that the Linux kernel will
 122   provide.</para>
 123
 124   <para>The next package installed is Glibc. The most important considerations
 125   for building Glibc are the compiler, binary tools, and kernel headers. The
 126   compiler is generally not an issue since Glibc will always use the compiler
 127   relating to the <parameter>--host</parameter> parameter passed to its
 128   configure script, e.g. in our case,
 129   <command>i686-lfs-linux-gnu-gcc</command>. The binary tools and kernel
 130   headers can be a bit more complicated. Therefore, take no risks and use the
 131   available configure switches to enforce the correct selections. After the run
 132   of <command>configure</command>, check the contents of the
 133   <filename>config.make</filename> file in the <filename
 134   class="directory">glibc-build</filename> directory for all important details.
 135   Note the use of <parameter>CC="i686-lfs-gnu-gcc"</parameter> to control which
 136   binary tools are used and the use of the <parameter>-nostdinc</parameter> and
 137   <parameter>-isystem</parameter> flags to control the compiler's include
 138   search path. These items highlight an important aspect of the Glibc
 139   package&mdash;it is very self-sufficient in terms of its build machinery and
 140   generally does not rely on toolchain defaults.</para>
 141
 142   <para>During the second pass of Binutils, we are able to utilize the
 143   <parameter>--with-lib-path</parameter> configure switch to control
 144   <command>ld</command>'s library search path.</para>
 145
 146   <para>For the second pass of GCC, its sources also need to be modified to
 147   tell GCC to use the new dynamic linker. Failure to do so will result in the
 148   GCC programs themselves having the name of the dynamic linker from the host
 149   system's <filename class="directory">/lib</filename> directory embedded into
 150   them, which would defeat the goal of getting away from the host. From this
 151   point onwards, the core toolchain is self-contained and self-hosted. The
 152   remainder of the <xref linkend="chapter-temporary-tools"/> packages all build
 153   against the new Glibc in <filename
 154   class="directory">/tools</filename>.</para>
 155
 156   <para>Upon entering the chroot environment in <xref
 157   linkend="chapter-building-system"/>, the first major package to be
 158   installed is Glibc, due to its self-sufficient nature mentioned above.
 159   Once this Glibc is installed into <filename
 160   class="directory">/usr</filename>, we will perform a quick changeover of the
 161   toolchain defaults, and then proceed in building the rest of the target
 162   LFS system.</para>
 163
 164 </sect1>