從無到有，在 ArchLinux 上編譯 x32 ABI 的 GCC, Glibc 和 Python

首先翻譯維基百科對 x32 ABI 的定義：

x32 ABI (應用程序二進制接口) 是一個開發中的 Linux 項目，爲 x32 ABI 編譯的程序將能運行在 x86-64 指令集環境的 64 位模式下，但僅僅使用 32 位大小的指針和數據類型。這儘管限制了這個程序最多隻能使用 4GB 的虛擬地址空間，但卻減小了這個程序佔用的內存，而且在某些狀況下能使程序運行的更快。最好的測評結果來自 SPEC CPU2000 中的 181.mcf，結果顯示 x32 ABI 的版本比 x86-64 的要快 32%。CPU2000 測評的整數計算部分，x32 比 x86-64 平均要快 5-8%，但有時也會慢不少；在浮點運算的速度上，x32 較 x86-64 並無優點。

簡單來講呢，就是爲 x32 編譯的程序，既能得到 64 位系統跑的快的優點，又只使用跟 32 位程序差很少少的內存。若是你的計算機只有 4GB 或更少的內存，但卻擁有一顆強勁的 64 位 CPU 的話，那 x32 將能更大程度地榨取你硬件的潛力。（注，單進程不使用超過 4GB 內存的，理論上也能夠受益於 x32，只是說若是你的筆記本已經在跑 32GB 內存了的話，那估計也不用省這一小半的內存了——再買條 32GB 的內存去吧。）

警告，x32 ABI 是一個開發中的 Linux 項目，因此碰到一些 bug 是很正常的。筆者假設你已經有一臺運行着 x86_64 ArchLinux 的機器。

1. 內核

更新：自從 ArchLinux kernel 3.5.4-1 以後，x32 已是默認開啓的了，內核版本號高於 3.5.4-1 的 ArchLinux 用戶請跳過本步驟。

OK，能夠着手開始編譯了。是的，咱們要從源碼開始編譯，白手起家。到底多白呢，從 Linux Kernel 開始。Linux Kernel 自 3.4 開始支持 x32 ABI，只須要打開一個內核選項就能夠了：

CONFIG_X86_X32=y

若是你不想按照 ArchLinux wiki 上的每一步來本身配置編譯你的內核的話，最簡單的辦法就是使用筆者提供的 AUR 包(已刪除)——基於 ArchLinux 官方內核的 x32 版本。因此呢，若是你已經安裝了 yaourt，那麼執行下面的命令就夠了：

yaourt -S linux-x32

編譯內核花 1 個小時以上很正常。安裝好以後，你能夠修改你的系統引導文件（/boot/grub/menu.lst 或者其餘引導配置文件），重啓進入新裝的內核。

2. 種子

更新：編譯好的二進制包已經上傳至 ArchLinux 中文社區軟件倉庫，若是你想立刻擁有支持 x32 的編譯器的話，能夠直接從那裏安裝，跳過步驟 二、三、4。

由於 x32 的 GCC 和 Glibc 有雞生蛋蛋生雞的問題，因此咱們在編譯正式的 x32 GCC 和 Glibc 以前呢，須要先下兩個種子。

第一個實際上是一個缺失的頭文件，最終的 x32 Glibc 將會包含這個頭文件，可是在目前須要先用到它的狀況下，咱們能夠暫時作一個軟連接：

sudo ln -s /usr/include/gnu/stubs-64.h /usr/include/gnu/stubs-x32.h

一樣地，筆者已經爲這個軟連接作好了一個 AUR 包，若是你是用的是 ArchLinux，那麼你沒有必要手動建立這個軟連接（還得記着裝完兩個種子以後刪除它）。這個 AUR 包會在安裝正式的 x32 Glibc 的時候自動卸載，刪除無用的軟連接。安裝命令以下：

yaourt -S glibc-x32-seed

第二個種子是一個臨時的 GCC 編譯器，其中一半是咱們即將本身編譯的，另外一半 x32 的庫咱們沒法本身編譯（由於缺乏 x32 的 Glibc），因此要先用別人編譯好的。x32 ABI 須要 GCC 的版本至少爲 4.7。在配置 GCC 的時候，尤爲要注意添加 x32 的支持：

cd gcc-4.7.1 ./configure --with-multilib-list=m32,m64,mx32

而後 make，數分鐘以後 make 會失敗，由於咱們尚未 x32 的 Glibc。這時候，把下好的 gcc-x32-seed.tar.bz2 解壓到 gcc 文件夾下面就行了。具體的步驟能夠參考這一篇文章，比較省事兒的辦法仍然是繼續用筆者提供的 AUR 包，自動完成下載、編譯和安裝：

yaourt -S gcc-x32-seed

3. Glibc

終於要開始編譯正式的 x32 Glibc 了。Glibc 自 2.16 開始支持 x32 ABI，因此若是你沒法使用筆者的 AUR 包的話，你須要先去下載一份 Glibc 的源碼，解壓以後，配置須要一下幾點注意：

1. 指定使用你的 GCC 種子編譯器，且使用 x32 來編譯，好比 CC="/path/to/cc -mx32 -B/path/to/gcc/libs" CXX="/path/to/g++ -mx32 -B/path/to/gcc/libs"

2. 指定正確的環境參數：--target=x86_64-x32-linux --build=x86_64-linux --host=x86_64-x32-linux

3. 啓用多架構支持：--enable-multi-arch

4. 指定與 ArchLinux 習慣一直的 lib 文件夾位置，在 configparms 文件中添加：slibdir=/usr/libx32

而後開始正常的編譯。編譯好了以後，前面作的兩個種子就算圓滿完成任務了，刪掉他們（種子 GCC 並不影響），而後安裝剛編譯好的 Glibc。最後爲了在 ArchLinux 中正常工做，還要作額外的幾步：

1. sudo ln -s /usr/libx32/ld-linux-x32.so.2 /usr/lib/ld-linux-x32.so.2

2. 建立 /etc/ld.so.conf.d/libx32-glibc.conf，添加一行 x32 庫的路徑信息：/usr/libx32

3. 軟連接區域信息：sudo ln -s /usr/lib/locale /usr/libx32/locale

4. 最後由於 ArchLinux 官方庫的一個 bug，須要額外一個軟連接：sudo ln -s /usr/lib /libx32

全部這些 x32 Glibc 的工做都包含在了筆者製做的 AUR 包中：

yaourt -S libx32-glibc

注意，安裝這個包會提示與 glibc-x32-seed 衝突，只須要贊成刪除 seed 包就能夠了。

4. GCC

勝利在望，下一步編譯好正式的 x32 GCC 就算有了一個最基本的 x32 編譯工具集。編譯 x32 的 GCC 跟在 ArchLinux 上編譯普通的 gcc-multilib 沒有多大區別，只要把路徑 /usr/libx32 設置正確就能夠了——對了，還有 configure 的時候記着加 x32 支持：

cd gcc-4.7.1 ./configure --with-multilib-list=m32,m64,mx32 ...

照例，筆者提供的 AUR 包以下：

yaourt -S gcc-multilib-x32

裝這個 AUR 包的時候，系統會提示與一大堆包衝突——不要緊，贊成刪掉衝突的 gcc-libs gcc-libs-multilib gcc gcc-x32-seed 是安全的，由於 gcc-multilib-x32 能夠支持編譯 3 種架構的程序：x8六、x86_64 和 x86_x32。

裝好以後，是否是打算試一下 x32 的編譯效果？沒問題，你能夠試試下面這段簡單的 C 程序：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;
    printf("Size of pointer: %d\n", (int)sizeof(&i));
    return 0;
}

針對三種不一樣的架構進行編譯：

gcc -m32 test.c -o test_32
gcc -m64 test.c -o test_64
gcc -mx32 test.c -o test_x32

而後執行試一下：

$ ./test_32
Size of pointer: 4
$ ./test_64
Size of pointer: 8
$ ./test_x32
Size of pointer: 4

5. Python

因爲 Python 依賴的庫還比較多，其中一些如 OpenSSL 還須要額外的補丁才能在 x32 上編譯，筆者在這裏就不一一詳解了，直接用 AUR 包搞定吧：

yaourt -S libx32-readline libx32-libffi libx32-ncurses libx32-expat libx32-bzip2 libx32-gdbm libx32-openssl libx32-sqlite3 libx32-zlib python2-x32

寫個簡單的 Python 程序試一下吧：

import time
placeholder = [None] * 1024 * 1024 * 8
time.sleep(600)

而後執行試一下：

python2 test.py &
/opt/python2-x32/bin/python2.7 test.py &

打開系統監視器，看看這兩個進程的內存是否是幾乎差了一半？

版本歷史：
2014-2-17：Markdown 版本，增長了更新註釋
2012-7-29：發佈於 http://blog.chinaunix.net/uid/350516.html