第 11 章 Linux® 二进制兼容模式

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Table of Contents

11.1. 概述

FreeBSD 提供了与 Linux® 32-bit 二进制兼容， 允许用户在 FreeBSD 系统上安装和运行大多数的 32-bit Linux® 二进制程序而无需做任何修改。 据说在某些情况下， FreeBSD 上运行的 32-bit Linux® 二进制程序能有更好的表现。

然而， 仍然有一些 Linux® 操作系统特有的功能在 FreeBSD 上并不被支持。 例如， 要是 Linux® 程序过度地使用了诸如启用虚拟 8086 模式 i386™ 特有的调用， 则无法在 FreeBSD 上运行。 另外， 目前还不支持 64-bit 的 Linux® 二进制程序。

读完这章，您将了解到：

  • 如何在 FreeBSD 系统中启用 Linux® 二进制兼容模式。

  • 如何安装额外的 Linux® 共享库。

  • 如何在 FreeBSD 上安装 Linux® 应用程序。

  • FreeBSD 上 Linux® 兼容模式的实现细节。

在阅读这章之前，您应该知道：

11.2. 配置 Linux® 二进制兼容模式

默认情况下， Linux® 库并没有被安装而且 Linux® 二进制兼容模式也没有被启动。 Linux® 库可以通过手动安装或者使用 FreeBSD 的 Ports Collection。

安装 emulators/linux-base-f10 包或者 port 是最容易在 FreeBSD 系统上获得一套基本的 Linux® 库的方法。 使用如下方法安装 port：

# cd /usr/ports/emulators/linux_base-f10
# make install distclean

安装完成以后， 加载 linux 模块启用 Linux® 二进制兼容模式：

# kldload linux

查看模块是否已经被加载：

% kldstat
Id Refs Address    Size     Name
 1    2 0xc0100000 16bdb8   kernel
 7    1 0xc24db000 d000     linux.ko

在 /etc/rc.conf 中加入以下这行后 Linux® 兼容模式便会在系统启动时自动开启：

linux_enable="YES"

想要在自制内核中静态链接 Linux® 二进制兼容支持的用户可以在自定义的内核配置文件中加入 options COMPAT_LINUX。 然后按照 配置FreeBSD的内核 中所描述的方法编译并安装新内核。

11.2.1. 手动安装额外的库

在配置了 Linux® 兼容模式之后， 如果某个 Linux® 应用程序依然提示找不到共享库， 需先找出此 Linux® 二进制程序需要的共享库再手动安装。

在 Linux® 系统上使用 ldd 找出应用程序所需的共享库文件。 比如， 在安装有 Doom 的 Linux® 系统上运行如下的命令列出 linuxdoom 所需用到的共享库文件：

% ldd linuxdoom
libXt.so.3 (DLL Jump 3.1) => /usr/X11/lib/libXt.so.3.1.0
libX11.so.3 (DLL Jump 3.1) => /usr/X11/lib/libX11.so.3.1.0
libc.so.4 (DLL Jump 4.5pl26) => /lib/libc.so.4.6.29

然后把上面输出中最后一列中的所有文件从 Linux® 系统复制到 FreeBSD 上的 /compat/linux。 复制完成之后， 建立指向第一栏中文件名的符号链接。 这样在 FreeBSD 系统上将会有如下的文件：

/compat/linux/usr/X11/lib/libXt.so.3.1.0
/compat/linux/usr/X11/lib/libXt.so.3 -> libXt.so.3.1.0
/compat/linux/usr/X11/lib/libX11.so.3.1.0
/compat/linux/usr/X11/lib/libX11.so.3 -> libX11.so.3.1.0
/compat/linux/lib/libc.so.4.6.29
/compat/linux/lib/libc.so.4 -> libc.so.4.6.29

如果已经有了一个与 ldd 输出中第一列的主修订号相同的 Linux® 共享库文件， 则不再需要复制最后那列文件， 现有的共享库应该可以正常使用。 如果是更新版本的共享库通常建议复制。 只要有符号链接指向新的版本， 那么就可以删除旧版的了。

比如， FreeBSD 系统中现有这些共享库文件：

/compat/linux/lib/libc.so.4.6.27
/compat/linux/lib/libc.so.4 -> libc.so.4.6.27

并且 ldd 指出某个二进制程序需要之后版本：

libc.so.4 (DLL Jump 4.5pl26) -> libc.so.4.6.29

既然现有文件最后的版本号只相差一到两个版本， 程序应该可以正常使用稍旧些的版本。 不管怎样， 使用新版本替换现有 libc.so 都是安全的。

/compat/linux/lib/libc.so.4.6.29
/compat/linux/lib/libc.so.4 -> libc.so.4.6.29

通常最初几次在 FreeBSD 上安装 Linux® 程序时需要寻找 Linux® 二进制程序所依赖的共享库文件。 在此之后， 系统里便会有足够多的 Linux® 共享库文件来运行新安装的 Linux® 二进制程序而无需额外操作。

11.2.2. 安装 Linux® ELF 二进制程序

ELF 二进制程序有时需要额外的步骤。 当未被标记的 ELF 二进制程序被执行的时候， 会生成如下的错误信息：

% ./my-linux-elf-binary
ELF binary type not known
Abort

为了帮助 FreeBSD 内核分辨 FreeBSD ELF 二进制程序和 Linux® 二进制程序， 请使用 brandelf(1)：

% brandelf -t Linux my-linux-elf-binary

由于现在的 GNU 工具链能自动把适当的标记信息写入 ELF 二进制程序中，这个步骤通常不是必须做的。

11.2.3. 安装基于 Linux® RPM 的应用程序

安装基于 Linux® RPM 的应用程序， 首先需要安装 archivers/rpm 包或者 port。 安装好之后 root 用户就能使用此命令安装 .rpm 了：

# cd /compat/linux
# rpm2cpio < /path/to/linux.archive.rpm | cpio -id

如有必要的话使用 brandelf 标记安装好的 ELF 二进制程序。 注意此项安装将无法干净卸载。

11.2.4. 配置主机名解析器

如果 DNS 不能正常工作或是出现以下的错误信息：

resolv+: "bind" is an invalid keyword resolv+:
"hosts" is an invalid keyword

请参照此方法配置 /compat/linux/etc/host.conf：

order hosts, bind
multi on

这里指定了先查询 /etc/hosts 再查询 DNS。 如果 /compat/linux/etc/host.conf 不存在的话， Linux® 程序便会读取 /etc/host.conf 并提示与 FreeBSD 的语法不兼容。 如果没有在 /etc/resolv.conf 文件中配置域名服务器， 可以删除 bind。

11.3. 高级主题

此章节将讲述是 Linux® 二进制兼容如何工作的， 内容基于 Terry Lambert tlambert@primenet.com (Message ID: <199906020108.SAA07001@usr09.primenet.com>) 发表在 FreeBSD 闲聊邮件列表 的邮件。

FreeBSD 有一个叫 "execution class loader" 的抽象层。 它被嵌入进了 execve(2) 系统调用。

历史上 UNIX® 加载器会依靠查看魔数 （通常是文件的开头 4 至 8 个字节）来确认是否是系统已知的的二进制程序， 如果是的话， 就会调用二进制程序加载器。

如果它不是二进制类型的程序， execve(2) 调用会返回一个错误， shell 则会把它当作 shell 命令执行。 "不论当前是哪一种 shell" 都会默认做出此种假设。

随后， sh(1) 会检查开头的两个字符， 如果它们是 :\n， 那么就调用 csh(1)。

FreeBSD 有一份加载器列表而不是一个单一的加载器， 并能回退到 #! 加载器来运行 shell 解释器或者 shell 脚本。

为了支持 Linux® ABI， FreeBSD 看到了二进制 ELF 程序的魔数。 ELF 加载器会查找一个专用的 标记， 那是在 ELF 镜像中的一个注释部分， 此区域在 SVR4/Solaris™ ELF 二进制中并不存在。

要运行 Linux® 二进制程序， 必须先使用 brandelf(1) 命令 标记 为 Linux 类型：

# brandelf -t Linux file

当 ELF 加载器看到了 Linux 标记，便会替换 proc 结构中的一个指针。 所有的系统调用都通过此指针来索引。 除此以外， 进程被标记以便对 signal trampoline 代码的陷阱向量做特殊处理， 还有一些其他由 Linux® 内核模块来处理的（细微）修补。

Linux® 系统调用向量包含一个 sysent[] 记录的列表， 它的地址位于内核模块之中。

当一个系统调用被 Linux® 二进制程序调用时， 陷阱代码会把系统调用函数指针从 proc 解引用至 Linux® 而不是 FreeBSD 的系统调用入口。

Linux® 模式会动态地 reroots 查找。 这与 union 文件系统选项是等效的。 首先会试图在 /compat/linux/original-path 目录查找文件。 如果失败了， 就会在 /original-path 目录下查找。 这使得需要其它程序的程序得以运行。 例如，Linux® 工具链都可以在 Linux® ABI 的支持下运行。 也就是说 Linux® 二进制程序可以加载并执行 FreeBSD 二进制程序， 如果当前没有相应的 Linux® 二进制程序， 可以在 /compat/linux 目录树中放置一个 uname(1) 命令， 使 Linux® 程序不易察觉它们并没有运行在 Linux® 系统上。

事实上， 在 FreeBSD 内核中有一个 Linux® 内核。 所有由内核提供的服务的各种底层功能在 FreeBSD 系统调用表的记录和 Linux® 系统调用表的记录是一样的： 文件系统操作， 虚拟内存操作， 信号发送， 和 System V IPC。 唯一的不同是 FreeBSD 会得到 FreeBSD 的 glue 功能， 而 Linux® 程序会得到 Linux® 的 glue 功能。 FreeBSD 的 glue 功能是静态链接入内核的， 而 Linux® 的 glue 功能可以静态链接， 或者通过内核模块访问。

严格说来其实并没有真正的模拟， 这是一种 ABI 的实现。 有时这被称为 "Linux® 模拟" 是因为在实现的时候还没有其他适合的词用来描述。 要说 FreeBSD 运行 Linux® 二进制程序并不确切， 因为当时代码并还没有被编译进去。

Last modified on: March 9, 2024 by Danilo G. Baio

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