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Linux之旅(1): diff, patch和quilt

diff和patch是在Linux环境为源代码制作和应用补丁的标准工具。diff可以比较文件或目录的差异，并 将差异记录到补丁文件。patch可以将补丁文件应用到源代码上。quilt也是一个制作和应用补丁的工具，它适合于管理较多补丁。quilt有自己的特 有的工作方式。本文通过简单的例子介绍这三个常用的工具。

0 示例工程

我们先准备一个用来做实验的工程，它包含若干子目录和文件。可以用find命令列出文件清单：

$ find old-prj/ -type f
old-prj/inc/def1.h
old-prj/inc/def2.h
old-prj/src/sys/sys1.c
old-prj/src/sys/sys1.h
old-prj/src/app/app1.c
old-prj/src/app/app2.c
old-prj/src/app/app2.h
old-prj/src/app/app1.h
old-prj/src/drv/drv1.h
old-prj/src/drv/drv2.c
old-prj/src/drv/drv1.c
old-prj/src/drv/drv2.h
old-prj/build/Makefile


find命令的"-type f"参数选择普通文件，可以省略掉目录。希望自己操作的读者可以下载这个示例工程。

1 diff和patch

1.1 比较一个文件

将old-prj.tar.bz2放到我们的工作目录，然后建立一个子目录，进入后解压示例工程：

$ mkdir test1; cd test1; tar xvjf ../old-prj.tar.bz2


用分号分隔多个命令可以节省篇幅。将old-prj复制到new-prj：

$ cp -a old-prj/ new-prj


让我们编辑一个文件。src/drv/drv1.h的内容本来是：

$ cat -n old-prj/src/drv/drv1.h
     1  #ifndef DRV1_H
     2  #define DRV1_H
     3
     4  #include "def1.h"
     5
     6  typedef struct {
     7    int p1;
     8    int p2;
     9    int p3;
    10  } App1;
    11
    12  void do_app1(void);
    13
    14  #endif


cat命令的"-n"参数可以增加行号。我们用vi将它修改成：

$ cat -n new-prj/src/drv/drv1.h
     1  #ifndef DRV1_H
     2  #define DRV1_H
     3
     4  #include "def1.h"
     5
     6  typedef struct {
     7    int a;
     8    int b;
     9  } App1;
    10
    11  void do_app1(void);
    12
    13  #endif


现在可以用diff命令比较文件了：

$ diff -u old-prj/src/drv/drv1.h new-prj/src/drv/drv1.h
--- old-prj/src/drv/drv1.h      2008-03-01 12:59:46.000000000 +0800
+++ new-prj/src/drv/drv1.h      2008-03-01 13:07:14.000000000 +0800
@@ -4,9 +4,8 @@
 #include "def1.h"
 
 typedef struct {
-  int p1;
-  int p2;
-  int p3;
+  int a;
+  int b;
 } App1;
 
 void do_app1(void);


diff程序按行比较文本文件。比较文件的diff命令格式是：

$ diff -u 旧文件 新文件


"-u"参数指定diff命令使用 unified 格式，这是一种最常用的格式，我们来看看它的含义。

1.2 diff的 unified 格式

以"---"开头的行是旧文件信息，以"+++"开头的行是新文件信息：

--- old-prj/src/drv/drv1.h      2008-03-01 12:59:46.000000000 +0800
+++ new-prj/src/drv/drv1.h      2008-03-01 13:07:14.000000000 +0800


unified 格式默认在变化部分的前后各显示三行上下文。在上例中，旧文件的7、8、9行被替换成新文件的7、8行。旧文件的变化部分是7-9行，前后多显示3行，因 此显示4-12行。新文件的变化部分是7-8行，前后多显示3行，因此显示4-11行。以"@@"包围的行指示补丁的范围：

@@ -4,9 +4,8 @@


'-4,9'中，'-'表示旧文件，'4,9'表示从第4行开始，显示9行，即显示4-12行。'+4,8'中，' +'表示新文件，'4,8'表示从第4行开始，显示8行，即显示4-11行。"@@"行之后是上下文和变化的文本，其中'-'开头的行是旧文件特有的，' +'开头的行是新文件特有的，其它行是两个文件都有的，即补丁的上下文。例如：

 #include "def1.h"
 
 typedef struct {
-  int p1;
-  int p2;
-  int p3;
+  int a;
+  int b;
 } App1;
 
 void do_app1(void);


1.3 制作和应用补丁

所谓制作补丁就是diff的输出重定向到一个文件，这个文件就是补丁文件。例如：

$ diff -u old-prj/src/drv/drv1.h new-prj/src/drv/drv1.h>../drv1.diff


我们将old-prj解压到另一个目录，准备应用这个补丁：

$ cd ..; mkdir test2; cd test2; tar xvjf ../old-prj.tar.bz2; mv old-prj myprj; cd myprj


在真实场景中,test2目录通常是在用户2的电脑上。用户2可能不使用 old-prj 作为第一级目录的名字。例如：用户1的第一级目录名是 linux-2.6.23.14, 用户2的第一级目录名是linux。所以我们将 old-prj 改为 myprj 以模拟这种情况。

我们在 myprj 目录使用patch命令应用补丁：

$ patch -p1 < ../../drv1.diff
patching file src/drv/drv1.h


patch命令行中为什么没有出现要打补丁的文件？这是因为patch命令可以使用补丁文件中的文件信息：

--- old-prj/src/drv/drv1.h      2008-03-01 12:59:46.000000000 +0800


"-pn"参数（上例中n=1）中的n表示要从补丁文件的文件路径中去掉几层目录，可以理解为去掉几个'/'。例 如：p1表示去掉一层目录，"old-prj/src/drv/drv1.h"去掉一层就成为"src/drv/drv1.h"。patch命令在 myprj 目录找到"src/drv/drv1.h"后应用补丁。

我们通常都在代码树的上一层目录制作补丁，在代码树的根目录应用补丁。因此，最常用的patch命令格式是：

$ patch -p1 < 补丁文件


1.4 比较目录

我们回到test1目录，再对 new_prj 做一些改动。这次我们删除掉src/sys目录及其中的文件。再建立src/usr目录，并在该目录增加两个文件usr1.h和usr1.c。

$ cd ../../test1; rm -rf new-prj/src/sys; mkdir new-prj/src/usr
$ echo -e "#ifndef USR1_H\n#define USR1_H\n#include \"def1.h\"\n#endif">new-prj/src/usr/usr1.h
$ echo -e "#include \"usr1.h\"">new-prj/src/usr/usr1.c


echo命令的"-e"参数打开对转义符的支持，bash默认是不支持转义符的。

现在我们比较目录并制作补丁：

$ diff -Nur old-prj/ new-prj/ > ../prj.diff


读者可以cat这个补丁文件的内容。根据前面的介绍，读者应该能看懂补丁文件了吧。

比较目录的常用命令是：

$ diff -Nur 旧目录 新目录 > 补丁文件


或

$ diff -Naur 旧目录 新目录 > 补丁文件


"-u"参数前面已经介绍过了。"-N"参数将不存在的文件当作空文件。如果没有这个参数，补丁就不会包含孤儿文件（即另一方没有的文件）。"-r"参数表示比较子目录。"-a"参数表示将所有文件当作文本文件。

我们再准备一个目录来应用补丁：

$ cd ..; mkdir test3; cd test3; tar xvjf ../old-prj.tar.bz2; mv old-prj myprj; cd myprj


在源代码树的根目录应用补丁：

$ patch -p1 < ../../prj.diff
patching file src/drv/drv1.h
patching file src/sys/sys1.c
patching file src/sys/sys1.h
patching file src/usr/usr1.c
patching file src/usr/usr1.h


好了，读者可以用"diff -Nur"比较一下"test1/new_prj"和"test3/myprj"，没有输出就表示完全相同。

$ cd ../..; diff -Nur test1/new-prj test3/myprj


1.5 很多的补丁...

一个大项目可能有不同开发者提供很多补丁。这些补丁可能还存在依赖关系，例如补丁B必须打在补丁A上。我们当然可以凭着程序员的“心细如发”去管理好这些补丁，不过有一个叫quilt的工具可以使我们轻松一些。当然，即使有工具的帮助，细心和认真也是必需的。 

附录

为了简单起见，前面只介绍了一个"diff -Nur 老目录 新目录"的用法。有时候，新目录里只放了修改过的文件。这时可以不使用-N参数以忽略孤儿文件，即"diff -ur 老目录 新目录"。diff会输出孤儿文件的提示，我们可以删除或保留这些提示，它们对patch没有影响。

使用diff时可以用--exclude排除文件和目录，例如：

diff -ur -exclude=.* --exclude=CVS prj_old prj_new

上例排除了源代码树中以'.'开头的文件和所有CVS目录。其实对于CVS项目，可以直接在源代码树根目录中执行：

cvs diff -u3 > 补丁文件名

u3表示输出3行上下文的unified 格式。打补丁时在源代码树根目录中执行：

patch -p0 < 补丁文件名

"cvs diff"会自动忽略CVS项目外的文件。通过CVS的tag和补丁文件，我们可以方便地保存工作快照。

2 quilt

我们自己的项目可以用cvs或svn管理全部代码。但有时我们要使用其他开发者维护的项目。我们需要修改一些文件， 但又不能直接向版本管理工具提交代码。自己用版本管理工具重建整个项目是不合适的，因为大多数代码都是别人维护的，例如Linux内核。我们只是想管理好 自己的补丁。这时可以使用quilt。

2.1 基本概念

quilt是一个帮助我们管理补丁的程序。quilt的命令格式类似于cvs：

quilt 子命令 [参数]

0.46版的quilt有29个子命令。

掌握quilt的关键是了解使用quilt的流程。使用quilt时，我们会在一个完整的源代码树里工作。只要我们 在源代码树里使用了quilt命令，quilt就会在源代码树的根目录建立两个特殊目录：patches和.pc。quilt在patches目录保存它 管理的所有补丁。quilt用.pc目录保存自己的内部工作状态，用户不需要了解这个目录。

patches/series文件记录了quilt当前管理的补丁。补丁按照加入的顺序排列，早加入的补丁在前。quilt用堆栈的概念管理补丁的应用。

我们在应用补丁A前，必须先应用所有早于补丁A的补丁。所以，patches/series中的补丁总是从上向下应 用。例如：上图中，补丁1到补丁5是已经应用的补丁。我们可以将已应用的补丁想象成一个向下生长的堆栈，栈顶就是已应用的最新补丁。应用补丁就是将补丁入 栈，撤销补丁就是将补丁出栈。

我们在源代码树中作任何修改前，必须用"quilt add"命令将要修改的文件与一个补丁联系起来。在完成修改后，用"quilt refresh"命令将修改保存到已联系的补丁。下面我们通过一篇流程攻略来认识一下quilt的命令。

2.2 导入补丁

我们把 old-prj.tar.bz2 想象成Linux内核，我们把它解压后，进入代码树的根目录：

$ mkdir qtest; cd qtest; tar xvjf ../old-prj.tar.bz2; mv old-prj prj; cd prj

在修改代码前，我们通常要先打上官方补丁。在quilt中，可以用import命令导入补丁：

$ quilt import ../../prj.diff

Importing patch ../../prj.diff (stored as prj.diff)

执行improt命令后， prj 目录会多出一个叫 patches 的子目录：

$ find patches/ -type f

patches/prj.diff

patches/series

quilt在这个目录存放所有补丁和前面介绍的series文件。quilt的大多数命令都可以在代码树的任意子目录运行，不一定要从根目录运行。我们可以用applied命令查询当前已应用的补丁。

$ quilt applied

No patches applied

目前还没有应用任何补丁。unapplied命令查询当前还没有应用的补丁，top命令查询栈顶补丁，即已应用的最新补丁：

$ quilt unapplied

prj.diff

$ quilt top

No patches applied

我们可以使用push命令应用补丁，例如：

$ quilt push -a

Applying patch prj.diff

patching file src/drv/drv1.h

patching file src/sys/sys1.c

patching file src/sys/sys1.h

patching file src/usr/usr1.c

patching file src/usr/usr1.h

Now at patch prj.diff

push的"-a"参数表示应用所有补丁。在使用push命令后，prj 目录会多了一个叫.pc的隐含子目录。quilt用这个目录保存内部状态，用户不需要了解这个目录。应用补丁后，我们再使用applied、unapplied和top命令查看：

$ quilt applied

prj.diff

$ quilt unapplied

File series fully applied, ends at patch prj.diff

$ quilt top

prj.diff

2.3 修改文件

我们必须将对源代码树所作的任何改动都和一个补丁联系起来。add命令将文件的当前状态与补丁联系起来。add命令的格式为：

quilt add [-P 补丁名] 文件名

如果未指定补丁名，文件就与栈顶补丁联系起来。目前，我们的栈顶补丁是官方补丁。我们不想修改这个补丁，可以用new命令新建一个补丁：

$ quilt new drv_p1.diff

Patch drv_p1.diff is now on top

$ quilt top

drv_p1.diff

$ quilt applied

prj.diff

drv_p1.diff

$ quilt unapplied

File series fully applied, ends at patch drv_p1.diff

然后用add命令向栈顶补丁添加一个准备修改的文件：

$ cd src/drv; quilt add drv2.h

File src/drv/drv2.h added to patch drv_p1.diff

add命令为指定补丁保存了指定文件的当前快照，当我们执行refresh命令时，quilt就会检查文件 的变化，将差异保存到指定补丁中。使用"quilt diff -z [-P 补丁名] [文件名]"可以查看指定补丁指定文件的当前改动。省略-P参数表示查看当前补丁的改动，省略文件名表示查看所有改动。我们修改drv2.h后，执行 diff命令：

$ quilt diff -z

Index: prj/src/drv/drv2.h

===================================================================

--- prj.orig/src/drv/drv2.h 2008-03-02 13:37:34.000000000 +0800

+++ prj/src/drv/drv2.h 2008-03-02 13:38:53.000000000 +0800

@@ -1,7 +1,7 @@

-#ifndef APP1_H

-#define APP1_H

+#ifndef DRV2_H

+#define DRV2_H

 

-#include "def1.h"+#include "def2.h" #endif

 

只要文件已经与我们希望保存改动的补丁联系过了，我们就可以多次修改文件。使用"quilt files [补丁名]"命令可以查看与指定补丁关联的文件。使用"quilt files -val"可以查看所有补丁联系的所有文件。"-v"参数表示更友好的显示，"-a"参数表示显示所有补丁，"-l"参数显示补丁名。例如：

$ quilt files

src/drv/drv2.h

$ quilt files -val

[prj.diff] src/drv/drv1.h

[prj.diff] src/sys/sys1.c

[prj.diff] src/sys/sys1.h

[prj.diff] src/usr/usr1.c

[prj.diff] src/usr/usr1.h

[drv_p1.diff] src/drv/drv2.h

"quilt refresh [补丁名]"刷新补丁，即将指定补丁的文件变化保存到补丁。省略文件名表示刷新栈顶补丁。我们refresh后，查看补丁文件：

$ quilt refresh

Refreshed patch drv_p1.diff

$ cat ../../patches/drv_p1.diff

Index: prj/src/drv/drv2.h

===================================================================

--- prj.orig/src/drv/drv2.h 2008-03-02 12:42:21.000000000 +0800

+++ prj/src/drv/drv2.h 2008-03-02 12:46:25.000000000 +0800

@@ -1,7 +1,7 @@

-#ifndef APP1_H

-#define APP1_H

+#ifndef DRV2_H

+#define DRV2_H

 

-#include "def1.h"

+#include "def2.h"

 

#endif

 

"quilt diff -z"命令不会显示已经保存的差异。"quilt diff"显示所有的差异，不管是否保存过。

2.4 再做几个补丁

在增加文件前,我们要先将准备增加的文件与补丁联系起来。我们新建一个补丁，然后新增两个文件src/applet/applet1.h和src/applet/applet1.c。

$ cd ..; quilt new more_p1.diff

Patch more_p1.diff is now on top

$ quilt add applet/applet.c

File src/applet/applet.c added to patch more_p1.diff

$ quilt add applet/applet.1

File src/applet/applet.1 added to patch more_p1.diff

 

看看我们增加的文件：

$ quilt files

src/applet/applet.1

src/applet/applet.c

 

哎呀，文件名写错了。我们可以用"remove"命令从补丁中删除关联文件：

$ quilt remove applet/applet.1

rm: remove write-protected regular empty file `.pc/more_p1.diff/src/applet/applet.1'? y

File src/applet/applet.1 removed from patch more_p1.diff

$ quilt remove applet/applet.c

rm: remove write-protected regular empty file `.pc/more_p1.diff/src/applet/applet.c'? y

File src/applet/applet.c removed from patch more_p1.diff

$ quilt files

$ quilt add applet/applet1.h

File src/applet/applet1.h added to patch more_p1.diff

$ quilt add applet/applet1.c

File src/applet/applet1.c added to patch more_p1.diff

$ quilt files

src/applet/applet1.c

src/applet/applet1.h

 

好了，现在可以创建新文件：

$ mkdir applet

$ echo -e "#ifndef APPLET1_H\n#define APPLET1_H\n#include \"def1.h\"\n#endif">applet/applet1.h

$ echo -e "#include \"applet1.h\"">applet/applet1.c

$ quilt refresh more_p1.diff

Refreshed patch more_p1.diff

 

刷新补丁后，我们再修改文件drv2.h。修改前一定要先将文件与准备保存改动的补丁联系起来：

$ quilt add drv/drv2.h

File src/drv/drv2.h added to patch more_p1.diff

$ vi drv/drv2.h

$ quilt diff -z drv/drv2.h

Index: prj/src/drv/drv2.h

===================================================================

--- prj.orig/src/drv/drv2.h 2008-03-02 14:19:35.000000000 +0800

+++ prj/src/drv/drv2.h 2008-03-02 14:31:28.000000000 +0800

@@ -1,7 +1,7 @@

#ifndef DRV2_H

#define DRV2_H

 

-#include "def2.h"

+#include "def1.h"

 

#endif

 

我们再新建一个补丁，然后删除两个文件。删除文件前也要先为文件建立关联：

$ quilt new more_p2.diff

Patch more_p2.diff is now on top

$ quilt add app/*

File src/app/app1.c added to patch more_p2.diff

File src/app/app1.h added to patch more_p2.diff

File src/app/app2.c added to patch more_p2.diff

File src/app/app2.h added to patch more_p2.diff

$ rm -rf app

$ quilt refresh

Refreshed patch more_p2.diff

 

我们再修改applet/applet1.h：

$ quilt edit applet/applet1.h

File src/applet/applet1.h added to patch more_p2.diff

$ quilt refresh

Refreshed patch more_p2.diff

 

"quilt edit"在调用"quilt add"后自动启动编辑器。用refresh命令刷新补丁。

对了，前面为more_p1.diff修改drv2.h后还没有刷新呢。我们查看修改并刷新：

$ quilt diff -z -P more_p1.diff

Index: prj/src/drv/drv2.h

===================================================================

--- prj.orig/src/drv/drv2.h 2008-03-02 14:19:35.000000000 +0800

+++ prj/src/drv/drv2.h 2008-03-02 14:31:28.000000000 +0800

@@ -1,7 +1,7 @@

#ifndef DRV2_H

#define DRV2_H

 

-#include "def2.h"

+#include "def1.h"

 

#endif

 

Warning: more recent patches modify files in patch more_p1.diff

$ quilt refresh more_p1.diff

More recent patches modify files in patch more_p1.diff. Enforce refresh with -f.

$ quilt refresh -f more_p1.diff

Refreshed patch more_p1.diff

quilt会抱怨更新的补丁修改了补丁more_p1.diff的文件。这是在说more_p2.diff修改了applet1.h。我们知道这和我们要刷新的drv2.h没关系，所以可以用-f参数强制刷新。

2.5 管理补丁

series命令可以查看series文件中的补丁：

$ quilt series

prj.diff

drv_p1.diff

more_p1.diff

more_p2.diff

"quilt patches 文件名"显示修改了指定文件的所有补丁，例如：

$ quilt patches drv/drv2.h

drv_p1.diff

more_p1.diff

"quilt annotate 文件名"显示指定文件的修改情况，它会指出哪个补丁修改了哪一行。例如：

$ quilt annotate drv/drv2.h

1 #ifndef DRV2_H

1 #define DRV2_H

 

2 #include "def1.h"

#endif

1 drv_p1.diff

2 more_p1.diff

我们可以使用push和pop命令应用补丁或撤销补丁，例如：

$ quilt pop -a

Removing patch more_p2.diff

Restoring src/app/app1.c

Restoring src/app/app2.c

Restoring src/app/app2.h

Restoring src/app/app1.h

Restoring src/applet/applet1.h

 

Removing patch more_p1.diff

Restoring src/drv/drv2.h

Removing src/applet/applet1.h

Removing src/applet/applet1.c

 

Removing patch drv_p1.diff

Restoring src/drv/drv2.h

 

Removing patch prj.diff

Restoring src/sys/sys1.c

Restoring src/sys/sys1.h

Restoring src/drv/drv1.h

Removing src/usr/usr1.c

Removing src/usr/usr1.h

No patches applied

$ quilt top

No patches applied

$ quilt next

prj.diff

$ quilt previous

No patches applied

"quilt pop -a"撤销所有补丁。top命令显示栈顶命令，即当前应用的最新的补丁。next命令显示下一个可以应用的补丁。previous显示上一条应用过的补丁。"push 补丁A"将从上到下依次应用所有早于补丁A的补丁，最后应用补丁A。例如：

$ quilt push more_p1.diff

Applying patch prj.diff

patching file src/drv/drv1.h

patching file src/sys/sys1.c

patching file src/sys/sys1.h

patching file src/usr/usr1.c

patching file src/usr/usr1.h

Applying patch drv_p1.diff

patching file src/drv/drv2.h

Applying patch more_p1.diff

patching file src/applet/applet1.c

patching file src/applet/applet1.h

patching file src/drv/drv2.h

Now at patch more_p1.diff

$ quilt top

more_p1.diff

$ quilt next

more_p2.diff

$ quilt previous

drv_p1.diff

"quilt push -a"应用所有补丁：

$ quilt push -a

Applying patch more_p2.diff

patching file src/app/app1.c

patching file src/app/app1.h

patching file src/app/app2.c

patching file src/app/app2.h

patching file src/applet/applet1.h

Now at patch more_p2.diff

"quilt graph -all"可以为栈顶补丁的依赖关系生成dot文件。Graphviz的dot可以根据dot文件产生图片，例如：

$ quilt graph --all > ../../more_p2.dot

$ cd ../..; dot -Tpng more_p2.dot -o more_p2.png

2.6 发布补丁

只要将patches目录打包发布就可以了。例如：

$ cd prj; tar cvjf prj-0.1-patches.tar.bz2 patches; mv prj-0.1-patches.tar.bz2 ../..

用户先下载、解压补丁包对应的源代码树：

$ cd ../..; mkdir user; cd user; tar xvjf ../old-prj.tar.bz2; mv old-prj/ prj

然后下载、解压补丁：

$ cd ../..; tar xvjf prj-0.1-patches.tar.bz2; cd user/prj

最后把补丁目录链接到源代码树的patches目录，然后应用所有补丁：

$ ln -sfn ../../patches/ patches

$ quilt push -a

Applying patch prj.diff

patching file src/drv/drv1.h

patching file src/sys/sys1.c

patching file src/sys/sys1.h

patching file src/usr/usr1.c

patching file src/usr/usr1.h Applying patch drv_p1.diff

patching file src/drv/drv2.h

Applying patch more_p1.diff

patching file src/applet/applet1.c

patching file src/applet/applet1.h

patching file src/drv/drv2.h

Applying patch more_p2.diff

patching file src/app/app1.c

patching file src/app/app1.h

patching file src/app/app2.c

patching file src/app/app2.h

patching file src/applet/applet1.h

Now at patch more_p2.diff

３ 结束语

在上面的流程攻略中，我们演示了19个quilt命令：add, annotate, applied, diff, edit, files, graph, import, new, next, patches, pop, previous, push, refresh, remove, series, top, unapplied。

本次Linux之旅到此结束，欢迎您再次参加Linux之旅，一起探索浩瀚的Linux世界。