關於python中第三方函式庫交叉編譯的問題

本篇文章為大家帶來了關於Python的相關知識，其中主要介紹了關於第三方函式庫交叉編譯的問題，交叉編譯指的是一個平台上產生另一個平台上的可執行程式碼，下面一起來看一下，希望對大家有幫助。

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一、前言：

　　網路上關於python的交叉編譯的文章很多，但是關於python第三庫的交叉編譯的文章就比較少了，而且很多標題是第三方庫的交叉編譯，但是實際上用到的都是不需要交叉編譯就能用的庫，可參考性不強，最近關於python及其第三方函式庫的交叉編譯也踩了不少坑，記錄一下！

二、交叉編譯介紹：

　　1、什麼是交叉編譯：在一個平台上產生另一個平台上的可執行程式碼。

　　2、為什麼要交叉編譯：在進行嵌入式系統的開發時，運行程式的目標平台通常具有有限的儲存空間和運算能力，例如常見的ARM 平台，其一般的靜態儲存空間比較小，而CPU運算能力弱。這種情況下，在ARM平台上進行本機編譯就不太可能了，為了解決這個問題，交叉編譯工具就應運而生了。透過交叉編譯工具，我們就可以在CPU能力很強、儲存控制項足夠的主機平台上（例如PC上）編譯出針對其他平台的可執行程式。

三、python及其第三方函式庫的交叉編譯背景

　　1、交叉編譯鏈：rv1126-arm-buildroot-linux-gnueabihf-toolchain.tar.bz2

　　2、目標板子(target主機)：armv7l

　　3、執行交叉編輯的主機(build主機)：ubuntu18-x86_64

　　4、python版本：3.5.2

#　　4、python版本：3.5.2

　　5、numpy==1.18.5

四、交叉編譯的準備工作

　　build主機是我新安裝的一個ubuntu18的新虛擬機，所以連gcc 都沒有的

　　1、安裝gcc:sudo apt-get install gcc-8 -y

　　2、將gcc-8指定成預設的gcc: sudo ln -s /usr/bin/gcc-8 /usr/bin/gcc

　　3、安裝cmake: sudo apt-get install make cmake -y

#4、安裝libffi-dev 交叉編譯python需要的依賴:sudo apt-get install libffi-dev

　　5、安裝zip 解壓縮壓縮包使用：sudo apt-get install zip -y

五、交叉編譯python及其第三方的想法

　　1、在build主機上交叉編譯zlib庫，這個是python源碼安裝必須的依賴庫

　　2、在build主機上交叉編譯openssl庫，這個雖然不是源碼安裝必須的依賴函式庫，但是大部分其他函式庫都有可能使用到這個函式庫

　　3、在build主機上安裝build主機上的python版本，我們成為python-build

　　4、在build主機上交叉編譯target主機上的python版本，我們稱為python-target

#　　5、在build主機上透過crossenv搭建target-python的運行虛擬環境

#　　6、在crossenv虛擬環境中透過pip打包交叉編譯第三方函式庫為.whl形式的

六、準備交叉編譯工具

　　1、解壓縮交叉編譯鏈：說明不同的平台的使用的交叉編譯鏈不同，但是思路和步驟是一樣的。

tar jxvf rv1126-arm-buildroot-linux-gnueabihf-toolchain.tar.bz2

　　　　解壓縮之後得到一個名為 host 的資料夾。

　　2、進入host 目錄： cd host

　　3、執行relocate-sdk.sh 指令:./relocate-sdk.sh　（不是所有交叉編譯鏈都需要這一步驟的）

　　4、將交叉編譯鏈加入環境變數：vim /etc/profile

　　5、在最後新增：export PATH=$PATH:/home /host/bin 這裡的路徑是根據自己實際的路徑進行修改即可。

　　6、重新載入環境變數：source /etc/profile

　　7、測試：arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -v　　

七、準備openssl-build

　　這裡我已經準備好了openssl-1.0.2g.tar.gz的壓縮包，這裡我嘗試了openssl- 1.1.1的版本，但是和python3.5.2不太合適，總是有問題，所以這裡我使用的是openssl-1.0.2的版本

###　　1、解碼源碼包，這些源碼包我都是放在/home路徑下的：tar -xzvf openssl-1.0.2g.tar.gz###

　　2、对压缩包进行重命名，区分是在build主机上用的还是在target主机上用的，在build主机上用的我都统一在后面加上_build，在target主机上使用的统一在后面加上_target

mv openssl-1.0.2g openssl-1.0.2g-build

　　3、cd openssl-1.0.2g-build

　　4、设置编译环境：./config --prefix=/home/openssl-1.0.2g-build/openssl-build

　　　　其中： --prefix是指定编译后的安装的路径

　　5、执行编译安装：make && make install 此时在/home/openssl-1.0.2g-build里面就会有openssl-build文件夹　　

　　6、因为安装的ubuntu18中默认的openssl是1.1.1，我们需要换成我们的openssl-1.0.2g

　　　 把以前的备份：sudo mv /usr/bin/openssl /usr/bin/openssl.old

　　7、建立新的软连接：sudo ln -s /home/openssl-1.0.2g-build/openssl-build/bin/openssl /usr/bin/openssl

　　8、编辑链接文件：vim /etc/ld.so.conf.d/libc.conf

　　9、在libc.conf文件中添加：/usr/openssl-1.0.2g-build/openssl-build/lib

　　10、重新加载配置：ldconfig

　　11、测试：openssl version ，已经变成1.0.2g版本了

八、准备openssl-target

　　1、同样是再次解压openssl源码包，这次解压的源码包用来交叉编译给target-python使用的：tar -xzvf openssl-1.0.2g.tar.gz

　　2、更改名字：mv openssl-1.0.2g openssl-1.0.2g-target

　　3、cd openssl-1.0.2g-target

　　4、设置编译环境：./config no-asm --shared --cross-compile-prefix=arm-buildroot-linux-gnueabihf- --prefix=/home/openssl-1.0.2g-target/openssl-target

　　　　解释：no-asm ：加上no-asm 表示不使用汇编代码加速编译，不然会报错

　　　　　　　--cross-compile： 指定交叉编译链的前缀，这样在交叉编译openssl就会使用我们的交叉编译链进行交叉编译了

　　　　　　 --prefix: 已经是交叉编译后的路径

　　5、在编译后生成的Makefile中有两处是 -m64 的标记要删除，因为交叉编译后是在32位的板子上运行，所以这一步也要改：sed -i 's/-m64//' Makefile

　　6、执行编译安装：make && make install

　　目前我们就把openssl-build和openssl-target都准备好了

九、准备zlib-build

　　1、解压源码包：unzip zlib1211.zip

　　2、改名：mv zlib-1.2.11 zlib-1.2.11-build

　　3、cd zlib-1.2.11-build

　　4、设置编译环境：./configure --prefix=/home/zlib-1.2.11-build/zlib-build

　　5、执行编译安装：make && make install

十、准备zlib-target

　　1、解压源码包：unzip zlib1211.zip

　　2、改名：mv zlib-1.2.11 zlib-1.2.11-target

　　3、cd zlib-1.2.11-target

　　4、设置交叉编译器：export CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 通过export 设置的环境变量都是临时一次性的，当shell窗口关闭了就失效了

　　5、设置编译环境：./configure --prefix=/home/zlib-1.2.11-target/zlib-target --enable-shared

　　6、执行编译安装：make && make install

　　目前我们也已经包zlib-build和zlib-target准备好了

十一、准备ctypes-build

　　这一步已经在准备工作中做了：sudo apt-get install libffi-dev

十二、准备ctypes-target

　　1、解压源码包：tar -xzvf libffi-3.2.1.tar.gz

　　2、改名：mv libffi-3.2.1 libffi-3.2.1-target

　　3、cd libffi-3.2.1-target

　　4、设置交叉编译器：export CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 如果这一步在准备zlib-target没有关闭shell窗口的时候，可以不用设置，因为已经设置过了，但是如果关了窗口就要重新设置了

　　5、设置编译环境：./configure CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc --host=arm-buildroot-linux-gnueabihf --build=x86_64-linux-gnu target=arm-buildroot-linux-gnueabihf --enable-shared --prefix=/home/libffi-3.2.1-target/libffi-target

　　6、执行编译安装：make && make install

　　目前ctypes-build和ctypes-target也准备好了

十三、编译python-build

　　1、解压源码：tar xvf Python-3.5.2.tgz

　　2、改名：mv Python-3.5.2 python-3.5.2-build

　　3、cd /home/python-3.5.2-build

　　4、修改 Modules/Setup.dist文件：vim Modules/Setup.dist

　　　　a、修改关于openssl部分

　　　　b、修改关于zlib部分

　　5、将之前设置的交叉编译器改为默认的编译器：export CC= 这里=后面什么都不赋值就表示设置为空，这样就会去找默认的gcc了

　　6、设置编译环境，./configure --prefix=/home/python-build --without-ensurepip

　　　　　--without-ensurepip：不安装pip，因为默认安装的pip版本太低了，所以一会我们自己安装pip

　　7、执行安装编译：make && make install

　　8、cd /home/python-build/bin

　　9、下载pip文件：curl https://bootstrap.pypa.io/pip/3.5/get-pip.py -o get-pip.py -k

　　10、安装pip: ./python3 get-pip.py

　　11、将该python-build添加到环境变量，设置为build主机上默认的python: export PATH=/home/python-build/bin:$PATH

　　12、安装Cython:pip3 install Cython

　　13、测试：python3

十四：编译python-targer

　　1、解压源码包：tar xvf Python-3.5.2.tgz

　　2、改名：mv Python-3.5.2 python-3.5.2-target

　　3、cd python-3.5.2-target

　　4、创建文件夹：mkdir /home/python-target

　　5、将之前准备的openssl-targer、zlib-targer、cytpes-targer的头文件和链接库复制到/home/python-targer

　　　　cp -rfp /home/zlib-1.2.11-target/zlib-target/* /home/python-target/

　　　　cp -rfp /home/libffi-3.2.1-target/libffi-target/* /home/python-target/

　　　　cp -rfp /home/openssl-1.0.2g-target/openssl-target/* /home/python-target/

　　6、设置CFLAGS:CFLAGS="-I/home/python-target/include -I/home/python-target/include/python3.5m -L/home/python-target/lib"

　　7、设置LDFLAGS:LDFLAGS="-L/home/python-target/lib"

　　8、vim Modules/Setup.dist

　　9、设置编译环境：注意这里我为了方便看，手动的给每个参数换行了，实际使用中不应该换行的

./configure CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 
CXX=arm-buildroot-linux-gnueabihf-g++ 
AR=arm-buildroot-linux-gnueabihf-ar 
RANLIB=arm-buildroot-linux-gnueabihf-ranlib 
--host=arm-buildroot-linux-gnueabihf 
--build=x86_64-linux-gnu 
--target=arm-buildroot-linux-gnueabihf 
--disable-ipv6 
ac_cv_file__dev_ptmx=yes 
ac_cv_file__dev_ptc=yes 
--prefix=/home/python-target 
--without-ensurepip

　　10、编译：make HOSTPYTHON=/home/python-build/bin/python3 HOSTPGEN=/home/python-3.5.2-build/Parser/pgen

　 11、执行：make install HOSTPYTHON=/home/python-build/bin/python3

　　目前位置我们就在build主机上已经编译好了python-build和python-target

十五、通过crossenv交叉编译第三方库例如：numpy

　　1、在build主机上使用python-build搭建python-target的虚拟环境，然后再虚拟环境中打包python-target的第三方库，这里以numpy为例：因为numpy是需要经过交叉编译才能使用的。

　　2、cd /home/python-build/bin

　　3、安装crossenv:./pip3 install crossenv

　　4、使用crossenv代表python-target的虚拟环境：./python3 -m crossenv --without-pip /home/python-target/bin/python3 cross_venv

　　5、cd cross_venv/cross/bin

　　6、激活虚拟环境：source activate

　　7、curl https://bootstrap.pypa.io/pip/3.5/get-pip.py -o get-pip.py -k

　　8、./python3 get-pip.py

　　9、在cross_venv这个虚拟环境中的安装Cython：./pip3 install Cython

　　10、创建文件夹用来存放编译后的第三方：mkdir /home/target_lib

　　11、创建requestments.txt：vim requirements.txt 里面写上numpy

　　12、交叉编译第三方库成为.whl格式的安装包：./pip3 wheel --wheel-dir /home/target_lib -r requirements.txt

　　13、验证：cd /home/target_lib

　　14、注意，这里我们使用crossenv交叉编译后的numpy第三方库的后缀是linux_arm，而我们的目标板子是armv7l的，所以这里我们要手动的将

　　　　numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl改为numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl。不然会报错。这个坑，一直坑了我一个月的时间，尝试了很多方法，不知道是编译链的问题，还是编译过程的问题。将交叉编译后的numpy的.whl文件移植到目标板子的中，总是报错，突然灵光一闪，就手动改个名字，居然可以了，这坑简直是巨坑，坑了一个月的时间。

十六、移植到目标板子

　　将编译好的python-target打包 和 numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl(先不改名，移植到目标板子上在改名)移植到目标板子上

　　1、压缩python-target:tar cvf python-target.tar python-target

　　2、通过ftp工具，将python-target.tar和numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl ,移植到目标板子的/home下

　 3、解压python-target:tar xvf python-target.tar

　　4、cd /home/python-target/bin

　　5、验证在目标板子上运行python3

　　6、验证交叉编译的第三方

　　　　1、先下载pip:curl https://bootstrap.pypa.io/pip/3.5/get-pip.py -o get-pip.py -k

　　　　2、安装pip:./python3 get-pip.py

　　　　3、配置pip源

　　　　　　a、mkdir ~/.pip

　　　　　　b、vi ~/.pip/pip.conf

　　　　　　c、添加如下代码

[global]
index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple 
trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn

　　　　4、验证pip

　　　　5、通过pip安装未改名的numpy第三方库:这是会报错：numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl is not a supported wheel on this platform.

　　　　6、改名:mv /home/numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl /home/numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl

　　　　 7、重新安装验证：　　　　　　　　

到此python3及python需要的第三方库，类似numpy这样需要交叉编译的第三方库就完成了！其中其他库不一定都是完全一样的，但是大致流程是一样的可以参考借鉴。

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