谈谈Linux应用程序ABI兼容性
背景
最近工作中遇到个问题，就是多个系统跑着不同版本的内核，不同架构的ARM芯片，上层的业务程序能否二进制归一(共镜像）。
根据自己对Linux的了解，glibc是否可以在ABI层面做到向前兼容。那个整个系统能否做到呢？这勾起了我的分析和思考。
ABI兼容依赖什么
试想一下，一个程序从源代码到最终的二进制，有哪些组件参与了编译和链接过程，大概如下：
- 内核导出用户态头文件
- gcc编译器，gcc提供的静态.o/.a，以及它提供的动态库(如libgcc_s.so)
- glibc
- 第三方开源库
需要分析各组通能否做到二进制兼容性，以及是如何做到的。下面我对各组件，以思维导图来分析是否能满足ABI兼容性。
上面的思维导图把我想到的组件都进行细分，把每个细节都覆盖到。当然，还会有一些细节是我没有想到的。下面对不那么常见的组件进行说明：
- 内核导出头文件： 构建过交叉编译工具链是嵌入式里面常做的事情，工具链的构建需要使用内核导出的导文件。这是内核态和用户约定好的基础类型和数据结构，比如我们常见的time_t,pid_t等等类型。整于用户态软件都以它为基石。
- glibc版本机制：glibc对大部分符号都打上版本号，日后在高版本的glibc中，由于POSIX/LSB标准的变化，或者函数接口有变，它会创建该符号的另一新版本，但原来版本的符号仍然存在，同时语义和参数保持不变。它通过这种机制来保证ABI的向前兼容性（请注意，无法保证向后的兼容性）
从分析来看，大部分软件都是可以保持向前兼容的。这就是为什么从一台机制上的程序拷贝到另一台机制上，程序还能正常运行。
Linux standard Base（LSB）
噢，这到底是巧合呢？还是什么：所有Linux 程序都是在所有机器上运行。我也带个着这个问题去找一些资料。
想信大家听说到POSIX规范，Linux Standard Base(LSB)规范。起初，我以为LSB是API规范而非ABI规范。当我去深入分析时，发现它是一个ABI规范，它解决两方面的问题：
- 在发行版Linux A上运行的程序，可以运行在发行版本Linux B上。
- 应用程序在现在的机器上运行，也能在未来新系统和机器上运行。
最近Linux基金会发起LSB项目就是希望Linux发行商能做到相互兼容，并且也能向前兼容。解决Linux应用的可移植性和兼容性。
LSB实际是是一组ABI接口的定义，它规范了运行环境所需要的类型，宏，变量和函数的二进制接口。
那么，哪些东西受到LSB的制约呢？也即LSB规范约束的范围多广。刚开始，我还以为只有kernel, glibc等一些关键的组件。事实上，打开LSB官网说明会发现它包罗万象，从命令，ELF，glibc接口，到桌面，脚本语言等等都有相关的规定。
谁应该遵守LSB规范
毫无疑问，kernel, glibc等都应该遵守LSB标准。事情上，并非如此。 LSB希望Linux发布版（如Redhat, Suse, Ubuntu)能遵守LSB，因此它提供了LSB的测试套和LSB的认证服务。
那么Kernel和glibc就真的不需要考虑LSB了吧，答案是否定的。整个kernel/glibc和各大Linux知名组件都以开源方式进行开发，它里面的技术早已不是什么密秘了，各大公司都有工程师参与，所有公司都希望这些软件都是遵守LSB，使所有软件都能轻易地融合在一起，不希望让发生行商花很大力气去集成。因此所有软件都是会尽量遵守LSB规范，但无法排除有那么一两个例外的Case。
glibc是大家用得最多的组件，也算是我比较了解的组件之一，到网上找了一些它的兼容性分析，发现它也不能保证100%向前兼容。不能完全兼容的发生在2.16.0和2.13两个版本上。当前对于一般的软件，这个兼容性是完全足够了的。
“向后”兼容性
那么Linux能做到向后兼容性吗？答案是否定的，因为LSB也无法做到向后兼容。
那问题来了，如果我需要做到向后兼容呢？假如有下面这种场景：
很多服务器都是Ubuntu 7.04，算是8年前的服务器了，数量很多。同时也会有服务器使用了12.04，数量较少。但12.04上的编译器较新，支持很多安全功能。架构师的诉求就是：能否基于12.04版本运行环境做开发编译，生成的服务程序能同时运行在7.04和12.04两个服务器上。
我能想到的解决办法：
- 找到Ubuntu 7.04和12.04两服务器运行软件，所遵守的LSB版本，服务程序只能调用这两LSB完全兼容的接口
- 在编程和链接服务程序时，可以指定程序使用的LSB标准（Ubuntu 7.04版本的LSB)。
对于第一个方法，个人认为可行，但约束很多。方法二未知可行，后续再分析
这就是“向后”兼容性想讨论的一个问题。它不是真正的向后兼容性，完全是依赖于向前兼容来实现的。
后记
兼容性，完全不是我熟悉的东西，只是工作上遇到问题，做了初步分析。希望通过blog记录我的思考，当某一天，我对这个知识有深入的经验，再跟大家分享。如有写得不正确，或者误导的内容，请指正，谢谢！
2015/7/11 于上海 灿鸿台风来袭
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