申威平臺(tái)單文件AppImage軟件打包的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：Linux系統(tǒng)由于自由開源特性，許多個(gè)人、組織以及商業(yè)機(jī)構(gòu)都能夠進(jìn)行Linux操作系統(tǒng)的構(gòu)建，因此出現(xiàn)了眾多各有特色的Linux發(fā)行版，每個(gè)發(fā)行版采用的包管理與軟件分發(fā)技術(shù)不盡相同。文中主要介紹了Snap、Flatpak以及AppImage等Linux發(fā)行版常用軟件打包技術(shù)，由于AppImage具有單一文件免安裝的獨(dú)有特性，作者對(duì)AppImage的原理及技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并將局域網(wǎng)即時(shí)通信軟件Iptux進(jìn)行了單文件打包。經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，軟件打包后能夠在申威統(tǒng)信服務(wù)器操作系統(tǒng)以及麒麟服務(wù)器操作系統(tǒng)上正常運(yùn)行，實(shí)用性強(qiáng)，為申威平臺(tái)的軟件打包提供了更多的思路和方法。

關(guān)鍵詞：申威平臺(tái)；單文件；軟件打包；AppImage；跨發(fā)行版；Linux

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）06-0-04

0 引 言

在Linux系統(tǒng)生態(tài)建設(shè)過程中，應(yīng)用軟件的打包與分發(fā)是Linux生態(tài)系統(tǒng)中不可忽視的一環(huán)。應(yīng)用軟件的打包與分發(fā)是指將軟件源代碼編譯成可執(zhí)行二進(jìn)制文件，并打包成一個(gè)安裝包，通過軟件倉(cāng)庫和第三方軟件源將軟件分發(fā)給用戶，使用戶能夠方便地進(jìn)行應(yīng)用軟件的安裝、升級(jí)和卸載。在Linux系統(tǒng)中，常用的軟件打包格式包括RPM和DEB兩

種[1]。RPM是Red Hat Package Manager的縮寫，是Red Hat開發(fā)的一種軟件包管理工具，主要用于Red Hat系列的Linux發(fā)行版。DEB是Debian Package的縮寫，是Debian開發(fā)的一種軟件包格式，主要用于Debian系列的Linux發(fā)行版。由于不同的Linux發(fā)行版之間存在差異，軟件打包也存在不同。首先，不同的發(fā)行版使用不同的包管理工具，因此需要為每個(gè)發(fā)行版打包不同的軟件包。其次，不同的發(fā)行版之間存在著不同的依賴關(guān)系，因此需要為每個(gè)發(fā)行版打包不同的依賴關(guān)系。這些問題使得軟件打包變得復(fù)雜和繁瑣，同時(shí)也增加了軟件開發(fā)者的工作量[2]。為解決這些問題，一些新的軟件打包和分發(fā)工具正在被開發(fā)和推廣，其中，AppImage是一種新型軟件打包和分發(fā)工具，它可以將軟件打包成一個(gè)獨(dú)立的、可執(zhí)行的二進(jìn)制文件，使得軟件可以在不同的Linux發(fā)行版之間運(yùn)行，并且不受系統(tǒng)依賴關(guān)系的影響，使得軟件的安裝和升級(jí)變得更加方便和簡(jiǎn)單。

1 Linux常用軟件打包

通常一個(gè)應(yīng)用軟件在Linux系統(tǒng)上打包需要針對(duì)不同的Linux發(fā)行版生成不同的軟件包格式，工作量大且繁瑣。為了使Linux系統(tǒng)上應(yīng)用軟件的開發(fā)和打包過程更加簡(jiǎn)單和高效，開發(fā)人員構(gòu)建了與發(fā)行版無關(guān)的軟件包格式，其中包括Snap、Flatpak以及AppImage[3]，這些軟件包具有共同的特點(diǎn)，即包含了應(yīng)用程序所需的所有庫和依賴項(xiàng)，能夠獨(dú)立于操作系統(tǒng)環(huán)境運(yùn)行，應(yīng)用開發(fā)人員無需為不同的Linux系統(tǒng)構(gòu)建不同的軟件包，即一個(gè)軟件打包一次，可以在多個(gè)發(fā)行版上安裝、運(yùn)行以及更新。

1.1 Snap打包

Snap是一種通用的、跨平臺(tái)的打包方式，由Canonical公司開發(fā)，最早出現(xiàn)在Ubuntu發(fā)行版中。它旨在簡(jiǎn)化軟件的安裝和更新過程，同時(shí)提供更好的安全性、隔離性和依賴管理。

（1）跨平臺(tái)：Snap支持多種Linux發(fā)行版，包括Ubuntu、Fedora、Arch Linux等。開發(fā)者只需創(chuàng)建一個(gè)Snap包就可以在所有支持Snap的發(fā)行版上運(yùn)行。

（2）安全性：Snap應(yīng)用程序運(yùn)行在沙箱環(huán)境中，與系統(tǒng)其它部分隔離，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）依賴管理：Snap軟件打包包含了應(yīng)用程序運(yùn)行所需的所有依賴庫，避免軟件運(yùn)行時(shí)缺少依賴或者依賴沖突，使應(yīng)用程序在不同的系統(tǒng)和環(huán)境中保持一致的行為。

1.2 Flatpak打包

Flatpak是一種靈活、安全、跨發(fā)行版的應(yīng)用程序打包和分發(fā)技術(shù)，它將應(yīng)用程序打包成一個(gè)獨(dú)立的容器，并包含所有運(yùn)行所需的庫和依賴項(xiàng)，使應(yīng)用程序可以在不同的Linux發(fā)行版上運(yùn)行。

（1）跨發(fā)行版支持：Flatpak可以在不同的Linux發(fā)行版上運(yùn)行，無需重新編譯或適配。

（2）隔離環(huán)境：Flatpak應(yīng)用程序運(yùn)行在一個(gè)獨(dú)立的容器中，與主系統(tǒng)隔離，可以防止應(yīng)用程序之間的沖突和干擾，同時(shí)防止惡意軟件的攻擊。

（3）自依賴：Flatpak應(yīng)用程序包含所有運(yùn)行所需的庫和依賴項(xiàng)，不依賴主系統(tǒng)上安裝的軟件包。

1.3 AppImage打包

AppImage是一種可以將應(yīng)用程序打包成一個(gè)獨(dú)立可執(zhí)行文件的軟件打包技術(shù)，包含所有運(yùn)行所需的庫和依賴項(xiàng)，可以在不同的Linux發(fā)行版上運(yùn)行。與傳統(tǒng)的軟件包管理不同，AppImage無需解壓或安裝，用戶可以直接運(yùn)行和刪除應(yīng)用程序，而不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。

（1）跨發(fā)行版支持：使用AppImage打包的應(yīng)用程序可以在許多發(fā)行版上運(yùn)行，無需重新編譯或適配。

（2）自依賴：一個(gè)應(yīng)用程序就是一個(gè)文件，包含所有運(yùn)行所需的庫和依賴項(xiàng)，不依賴主系統(tǒng)上的環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。

（3）環(huán)境隔離：AppImage應(yīng)用程序運(yùn)行在一個(gè)獨(dú)立的隔離環(huán)境中，通過Linux內(nèi)核的Namespaces和Cgroups機(jī)制隔離不同應(yīng)用的文件系統(tǒng)，不會(huì)干擾系統(tǒng)以及系統(tǒng)上的其它程序。

（4）非root權(quán)限：無需root權(quán)限，運(yùn)行AppImage應(yīng)用程序前，通過設(shè)置環(huán)境變量、掛載臨時(shí)文件系統(tǒng)、設(shè)置用戶權(quán)限等，確保應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)有足夠的權(quán)限和資源。

除Snap、Flatpak和AppImage外，Deepin的玲瓏軟件包也是一種具有跨發(fā)行版、自依賴、與主系統(tǒng)隔離等特點(diǎn)的應(yīng)用打包方式，主要運(yùn)用在深度Linux操作系統(tǒng)中，這些新穎的打包方式很好地解決了Linux系統(tǒng)中軟件安裝和軟件依賴的問題，減少了軟件打包和發(fā)布的工作量[4]，同時(shí)改善了Linux系統(tǒng)的軟件使用體驗(yàn)，提高了軟件的安全性。

2 AppImage實(shí)現(xiàn)原理及技術(shù)分析

2.1 AppImage實(shí)現(xiàn)原理

AppImage軟件包主要由兩部分組成[5]─AppImage運(yùn)行時(shí)Runtime以及一個(gè)只讀壓縮文件系統(tǒng)SquashFS，兩部分共同打包成一個(gè)可執(zhí)行二進(jìn)制文件。相比Snap與Flatpak打包，AppImage的自解壓、自掛載、免安裝運(yùn)行是其最為獨(dú)特的一個(gè)特性。

當(dāng)用戶運(yùn)行AppImage文件時(shí)，由運(yùn)行時(shí)Runtime將AppImage中的只讀壓縮文件系統(tǒng)SquashFS解壓到系統(tǒng)臨時(shí)目錄中，并使用Linux內(nèi)核的fusefs用戶態(tài)文件系統(tǒng)來掛載SquashFS，完成掛載后在臨時(shí)虛擬文件系統(tǒng)中運(yùn)行應(yīng)用程序。當(dāng)退出軟件時(shí)，運(yùn)行時(shí)Runtime自動(dòng)卸載虛擬文件系統(tǒng)并清理相關(guān)臨時(shí)文件，保持系統(tǒng)整潔。

SquashFS文件系統(tǒng)包含了應(yīng)用軟件運(yùn)行時(shí)所需的二進(jìn)制可執(zhí)行程序、動(dòng)態(tài)鏈接庫、圖標(biāo)文件以及配置文件等，這也是AppImage應(yīng)用程序能夠在不同Linux發(fā)行版上運(yùn)行的主要原因。AppImage應(yīng)用程序就是一個(gè)二進(jìn)制可執(zhí)行文件，無需安裝直接運(yùn)行，并且刪除AppImage文件本身即完成卸載，極大地方便了用戶對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行更新和管理。AppImage軟件包組成如圖1所示。

2.2 AppImage技術(shù)分析

2.2.1 AppImage運(yùn)行時(shí)Runtime

運(yùn)行時(shí)Runtime是AppImage的核心組成部分之一，由C語言編寫，通常使用靜態(tài)鏈接來實(shí)現(xiàn)在不同Linux發(fā)行版上的兼容性。同時(shí)為了兼顧輕量、快速的運(yùn)行，在嵌入式Linux應(yīng)用中，Runtime一般采用musl C Library構(gòu)建，musl C Library具有更小的二進(jìn)制文件和更快的啟動(dòng)速度，能夠顯著減小AppImage并加快程序啟動(dòng)，使應(yīng)用程序更加簡(jiǎn)潔高效。Runtime在AppImage中主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）解壓縮AppImage文件：運(yùn)行時(shí)Runtime首先會(huì)使用appimage_get_elf_section_offset_and_length（）函數(shù)獲取Runtime的大小以及SquashFS在AppImage中的偏移量，解壓縮SquashFS到一個(gè)臨時(shí)目錄中。

（2）掛載SquashFS文件系統(tǒng)：通過build_mount_point（）函數(shù)創(chuàng)建掛載點(diǎn)，在臨時(shí)目錄中以.mount_appname-xxxx命名隱藏文件，并以fusefs用戶態(tài)文件系統(tǒng)掛載。

（3）啟動(dòng)應(yīng)用程序：Runtime使用execv（）函數(shù)啟動(dòng)SquashFS中的AppRun，AppRun設(shè)置一些環(huán)境變量并啟動(dòng)應(yīng)用程序。

（4）卸載SquashFS文件系統(tǒng)并清理緩存：在應(yīng)用程序退出時(shí)，Runtime清理臨時(shí)目錄中解壓的SquashFS文件。

2.2.2 AppImage應(yīng)用載體SquashFS

SquashFS是一個(gè)包含AppImage應(yīng)用程序主體文件的目錄結(jié)構(gòu)AppDir，通常是一個(gè)以$APPNAME.AppDir命名的文件夾。在構(gòu)建AppImage時(shí)，應(yīng)用程序以及它所需的依賴庫會(huì)被復(fù)制到AppDir中，搜集和復(fù)制的過程可以手動(dòng)進(jìn)行也可以使用AppImageKit提供的工具，如使用Open Build Service（OBS）、Qt部署工具linuxdeployqt等來完成。

AppDir的目錄結(jié)構(gòu)通常包含以下幾部分：

（1）usr目錄：應(yīng)用程序和它所需的依賴庫目錄通常包括bin目錄、lib目錄和share目錄等。

（2）AppRun腳本：AppRun腳本是一個(gè)可執(zhí)行腳本或是一個(gè)可執(zhí)行程序的軟鏈接，用于啟動(dòng)應(yīng)用程序，它通常會(huì)設(shè)置一些環(huán)境變量，如APPDIR、LD_LIBRARY_PATH、PATH等。其中，APPDIR變量指向AppImage文件所在的目錄，LD_LIBRARY_PATH變量用于指定動(dòng)態(tài)鏈接庫搜索路徑，PATH變量用于指定可執(zhí)行文件配置項(xiàng)搜索路徑。

（3）desktop文件：該文件是一個(gè)用于在桌面環(huán)境中顯示應(yīng)用程序圖標(biāo)和名稱的配置文件，通常包含應(yīng)用程序的名稱、圖標(biāo)、描述和啟動(dòng)命令等信息。

（4）圖標(biāo)文件：該文件是用于在桌面環(huán)境中顯示應(yīng)用程序圖標(biāo)的文件。

AppDir目錄結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2.3 Qt應(yīng)用打包linuxdeployqt

linuxdeployqt是一個(gè)Qt應(yīng)用程序打包工具，它可以自動(dòng)處理應(yīng)用程序的依賴關(guān)系，利用ldd讀取可執(zhí)行文件的頭部信息來確定需要哪些依賴庫，并將依賴庫和資源打包到AppDir中，同時(shí)使用patchelf工具修改可執(zhí)行文件的依賴庫路徑、RPATH路徑等信息[6]，將應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)尋找依賴的路徑限定在AppDir內(nèi)。

linuxdeployqt在打包應(yīng)用程序時(shí)，會(huì)自動(dòng)生成AppRun腳本來啟動(dòng)應(yīng)用程序，如果需要自定義AppRun腳本，可以在AppDir目錄下手動(dòng)創(chuàng)建AppRun腳本，linuxdeployqt會(huì)優(yōu)先使用自定義的AppRun腳本。

linuxdeployqt使用-appimage參數(shù)進(jìn)行可執(zhí)行程序和依賴庫的打包：

$ linuxdeployqt path/to/your/app -appimage

3 申威平臺(tái)應(yīng)用軟件AppImage打包

目前支持申威平臺(tái)的Linux發(fā)行版本主要有統(tǒng)信UOS、麒麟KylinOS以及openEuler，采用的應(yīng)用軟件打包方式主要為Debian系列的DEB包和Red Hat系列的RPM包，因此在申威平臺(tái)上應(yīng)用軟件的分發(fā)需要針對(duì)不同的發(fā)行版單獨(dú)進(jìn)行打包和適配，增加了工作量，限制了軟件的通用性和易用性。為此，通過前文對(duì)AppImage軟件打包實(shí)現(xiàn)原理及技術(shù)的分析，現(xiàn)將Linux局域網(wǎng)即時(shí)通信軟件Iptux在申威平臺(tái)上進(jìn)行單文件AppImage構(gòu)建，一次打包能夠在多個(gè)發(fā)行版上兼容運(yùn)行[7-9]。

3.1 Iptux編譯移植

Iptux是一款開源局域網(wǎng)即時(shí)通信軟件，可以在局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聊天、文件傳輸、遠(yuǎn)程桌面共享等功能。由于采用GTK+編寫，因此Iptux的編譯移植需要首先完善編譯主機(jī)的GTK開發(fā)環(huán)境，以使用apt包管理的統(tǒng)信UOS為例：

$ apt install gcc-c++ cmake gettext gflags libgoogle-glog-dev libgtk-3-dev libglib2.0-dev libjsoncpp-dev ninja-build meson libsigc++-2.0-dev libfuse-dev patchelf

根據(jù)meson.build中的定義生成具體的構(gòu)建定義文件build.ninja，并使用ninja完成Iptux的編譯：

$ meson builddir --default-library static amp;amp; ninja -C builddir

編譯完成后生成申威平臺(tái)的Iptux二進(jìn)制可執(zhí)行文件以及動(dòng)態(tài)鏈接庫libiptux-core.so、libiptux-core.so.0和libiptux-core.so.0.8.3，因?yàn)檫@些文件用于后續(xù)AppImage打包，因此不需要通過ninja-C builddir install進(jìn)行Iptux安裝。

3.2 linuxdeployqt編譯移植

進(jìn)入linuxdeployqt源碼目錄并修改tools/linuxdeployqt/main.cpp中的版本檢查：

/*if （strverscmp （glcv， \"2.27\"） gt;= 0） {//注釋版本檢查

qInfo（） lt;lt; \"ERROR： The host system is too new.\"；

...

return 1；

}*/

編譯linuxdeployqt，生成申威平臺(tái)的linuxdeployqt-sw_64：

$ cmake CMakeLists.txt amp;amp; make

3.3 AppDir構(gòu)建

AppDir是AppImage應(yīng)用軟件的主體部分，根據(jù)前文分析說明的AppDir目錄結(jié)構(gòu)將Iptux編譯生成的二進(jìn)制可執(zhí)行文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫以及應(yīng)用圖標(biāo)文件復(fù)制到對(duì)應(yīng)usr/bin、usr/lib和usr/share目錄中，并使用linuxdeployqt工具將Iptux運(yùn)行時(shí)所依賴的動(dòng)態(tài)鏈接庫打包進(jìn)AppDir的usr/lib目錄中，linuxdeployqt打包動(dòng)態(tài)鏈接庫命令：

$ linuxdeployqt-sw_64 Iptux.AppDir/usr/bin/iptux -appimage

完成打包后Iptux.AppDir目錄結(jié)構(gòu)：

$ ls Iptux.AppDir/AppRun" .DirIcon" iptux.desktop" iptux-icon.png" usr

3.4 AppImage運(yùn)行時(shí)RunTime編譯移植

運(yùn)行時(shí)Runtime使用靜態(tài)鏈接構(gòu)建，以滿足在不同Linux發(fā)行版上的兼容性要求，主要依賴組件有squashfuse、fuse、zstd等，編譯runtime.c，生成申威平臺(tái)的runtime：

$ gcc runtime.c -o runtime-fuse-sw_64 -std=gnu99 -s -Os -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -DGIT_COMMIT=＼\"1.0.0＼\" -T data_sections.ld -ffunction-sections -fdata-sections -Wl，--gc-sections -I/usr/local/include/squashfuse -I/usr/include/fuse -L/usr/local/lib -lsquashfuse -lsquashfuse_ll -L/opt/zstd/usr/lib -lzstd -lfuse -llzma -lz -ldl -llz4 -lpthread -static

3.5 AppImage構(gòu)建

根據(jù)前文分析，AppImage軟件包主要由運(yùn)行時(shí)Runtime以及只讀壓縮文件系統(tǒng)SquashFS組成，因此拼接Runtime和SquashFS壓縮文件即可完成AppImage構(gòu)建：

$ mksquashfs Iptux.AppDir Iptux.squashfs -root-owned -noappend

$ cat runtime-fuse-sw_64 gt;gt; Iptux-sw_64.AppImage

$ cat Iptux.squashfs gt;gt; Iptux-sw_64.AppImage

生成的Iptux-sw_64.AppImage是一個(gè)單一文件的可執(zhí)行文件，其包含Iptux可執(zhí)行文件以及運(yùn)行時(shí)所依賴的動(dòng)態(tài)鏈接庫、圖標(biāo)以及配置文件，經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，能夠在申威統(tǒng)信UOS Server以及麒麟V10上免安裝運(yùn)行，具有很好的Linux跨發(fā)行版兼容性和便攜性[10]。

4 結(jié) 語

國(guó)產(chǎn)CPU廠商近年來奮楫前行，軟硬件生態(tài)建設(shè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是在黨政、金融領(lǐng)域，大量適配軟件已經(jīng)能夠滿足用戶需求，但在消費(fèi)領(lǐng)域，軟件生態(tài)建設(shè)仍然需要廣大開發(fā)者和用戶的共同努力。文中提出的AppImage單文件軟件打包具有很強(qiáng)的實(shí)用性，極大地方便了軟件的分發(fā)與使用，希望能夠?yàn)樯晖浖鷳B(tài)建設(shè)者在軟件打包與分發(fā)方面提供一些新的思路，也為國(guó)產(chǎn)CPU的發(fā)展和生態(tài)建設(shè)提供支持。

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