MOOSE项目中STRUMPACK依赖构建失败问题分析

问题背景

在Ubuntu 22.04 LTS系统上使用MOOSE框架时，执行update_and_rebuild_petsc.sh脚本会遇到STRUMPACK依赖构建失败的问题。错误信息表明在链接阶段出现了共享对象构建问题，特别是与SCOTCH库相关的重定位错误。

错误现象

构建过程中出现的具体错误信息如下：

/usr/bin/ld: /usr/local/lib/libscotch.a(library_graph_order.c.o): relocation R_X86_64_PC32 against symbol `_SCOTCHhgraphorderststratab' can not be used when making a shared object; recompile with -fPIC
make[2]: *** [CMakeFiles/strumpack.dir/build.make:1617: libstrumpack.so.8.0.0] Error 1

问题原因分析

这个错误的核心原因是位置无关代码(PIC)的编译问题。当构建共享库(.so文件)时，所有链接的代码都必须使用-fPIC标志编译。错误表明SCOTCH库(libscotch.a)中的目标文件没有使用-fPIC标志编译，因此无法用于构建共享库。

在Linux系统上，共享库需要能够加载到内存的任何位置，这就要求所有代码都是位置无关的。当尝试将非PIC代码链接到共享库时，就会出现这种重定位错误。

解决方案

根据项目维护者的建议，可以尝试以下解决方法：

1. 清除LD_LIBRARY_PATH环境变量： 执行构建前先清空LD_LIBRARY_PATH，避免链接到可能未使用-fPIC编译的库：

   unset LD_LIBRARY_PATH
   $MOOSE_DIR/scripts/update_and_rebuild_petsc.sh
   

2. 重新编译SCOTCH库： 如果上述方法无效，可能需要重新编译SCOTCH库并确保使用-fPIC标志：

   ./configure CFLAGS="-fPIC" CXXFLAGS="-fPIC" FFLAGS="-fPIC"
   make clean
   make
   sudo make install
   

3. 使用系统包管理器安装： 考虑使用系统包管理器安装预编译的SCOTCH库，这些库通常已经正确配置了PIC标志：

   sudo apt-get install libscotch-dev
   

技术深度解析

位置无关代码(PIC)是现代共享库的关键要求。它允许代码在内存中任意位置加载而不需要重定位，这是地址空间布局随机化(ASLR)等安全特性的基础。当构建共享库时，链接器会拒绝链接非PIC代码，因为：

1. 非PIC代码包含绝对地址引用
2. 共享库的加载地址在运行时才确定
3. 多个进程可能同时加载同一共享库到不同地址

在x86_64架构上，使用PIC代码的额外开销很小，因此现代构建系统通常默认启用-fPIC标志。但在某些情况下，特别是静态库(.a文件)可能没有使用这个标志编译。

最佳实践建议

1. 在开发环境中保持一致性，避免混合使用系统包和手动编译的库
2. 构建依赖库时总是包含-fPIC标志
3. 定期清理构建环境和缓存文件
4. 考虑使用容器化技术(如Docker)来隔离开发环境

这个问题虽然表现为构建错误，但反映了Linux系统上共享库构建的基本原理，理解这些原理有助于解决类似的构建问题。