linux靜態(tài)庫和動態(tài)庫分析

1.什么是庫

在windows平臺和linux平臺下都大量存在著庫。

本質(zhì)上來說庫是一種可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制形式，可以被操作系統(tǒng)載入內(nèi)存執(zhí)行。

由于windows和linux的本質(zhì)不同，因此二者庫的二進(jìn)制是不兼容的。

本文僅限于介紹linux下的庫。

2.庫的種類

linux下的庫有兩種：靜態(tài)庫和共享庫(動態(tài)庫)。

二者的不同點(diǎn)在于代碼被載入的時刻不同。

靜態(tài)庫的代碼在編譯過程中已經(jīng)被載入可執(zhí)行程序，因此體積較大。

共享庫的代碼是在可執(zhí)行程序運(yùn)行時才載入內(nèi)存的，在編譯過程中僅簡單的引用，因此代碼體積較小。

3.庫存在的意義

庫是別人寫好的現(xiàn)有的，成熟的，可以復(fù)用的代碼，你可以使用但要記得遵守許可協(xié)議。

現(xiàn)實中每個程序都要依賴很多基礎(chǔ)的底層庫，不可能每個人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常。

共享庫的好處是，不同的應(yīng)用程序如果調(diào)用相同的庫，那么在內(nèi)存里只需要有一份該共享庫的實例。

4.庫文件是如何產(chǎn)生的在linux下

靜態(tài)庫的后綴是.a，它的產(chǎn)生分兩步

Step 1.由源文件編譯生成一堆.o，每個.o里都包含這個編譯單元的符號表

Step 2.ar命令將很多.o轉(zhuǎn)換成.a，成文靜態(tài)庫

動態(tài)庫的后綴是.so，它由gcc加特定參數(shù)編譯產(chǎn)生。

例如:

$ gcc -fPIC -c *.c $ gcc -shared -Wl,-soname, libfoo.so.1 -o libfoo.so.1.0 *.

5.庫文件是如何命名的，有沒有什么規(guī)范

在linux下，庫文件一般放在/usr/lib /lib下，

靜態(tài)庫的名字一般為libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱

動態(tài)庫的名字一般為libxxxx.so.major.minor，xxxx是該lib的名稱，major是主版本號， minor是副版本號

6.如何知道一個可執(zhí)行程序依賴哪些庫

ldd命令可以查看一個可執(zhí)行程序依賴的共享庫，

例如# ldd /bin/lnlibc.so.6

=> /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2

=> /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000)

可以看到ln命令依賴于libc庫和ld-linux庫

7.可執(zhí)行程序在執(zhí)行的時候如何定位共享庫文件

當(dāng)系統(tǒng)加載可執(zhí)行代碼時候，能夠知道其所依賴的庫的名字，但是還需要知道絕對路徑

此時就需要系統(tǒng)動態(tài)載入器(dynamic linker/loader)

對于elf格式的可執(zhí)行程序，是由ld-linux.so*來完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段—環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib目錄找到庫文件后將其載入內(nèi)存

8.在新安裝一個庫之后如何讓系統(tǒng)能夠找到他

如果安裝在/lib或者/usr/lib下，那么ld默認(rèn)能夠找到，無需其他操作。

如果安裝在其他目錄，需要將其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步驟如下

1.編輯/etc/ld.so.conf文件，加入庫文件所在目錄的路徑

2.運(yùn)行l(wèi)dconfig，該命令會重建/etc/ld.so.cache文件

我們通常把一些公用函數(shù)制作成函數(shù)庫，供其它程序使用。函數(shù)庫分為靜態(tài)庫和動態(tài)庫兩種。靜態(tài)庫在程序編譯時會被連接到目標(biāo)代碼中，程序運(yùn)行時將不再需要該靜態(tài)庫。動態(tài)庫在程序編譯時并不會被連接到目標(biāo)代碼中，而是在程序運(yùn)行是才被載入，因此在程序運(yùn)行時還需要動態(tài)庫存在。本文主要通過舉例來說明在Linux中如何創(chuàng)建靜態(tài)庫和動態(tài)庫，以及使用它們。在創(chuàng)建函數(shù)庫前，我們先來準(zhǔn)備舉例用的源程序，并將函數(shù)庫的源程序編譯成.o文件。

第1步：編輯得到舉例的程序--hello.h、hello.c和main.c;

hello.h(見程序1)為該函數(shù)庫的頭文件。

hello.c(見程序2)是函數(shù)庫的源程序，其中包含公用函數(shù)hello，該函數(shù)將在屏幕上輸出"Hello XXX!"。

main.c(見程序3)為測試庫文件的主程序，在主程序中調(diào)用了公用函數(shù)hello。

程序1: hello.h

#ifndef HELLO_H

#define HELLO_H

void hello(const char *name);

#endif //HELLO_H

程序2: hello.c

#include

void hello(const char *name)

{

printf("Hello %s!\n", name);

}

程序3: main.c

#include "hello.h"

int main()

{

hello("everyone");

return 0;

}

第2步：將hello.c編譯成.o文件;

無論靜態(tài)庫，還是動態(tài)庫，都是由.o文件創(chuàng)建的。因此，我們必須將源程序hello.c通過gcc先編譯成.o文件。

在系統(tǒng)提示符下鍵入以下命令得到hello.o文件。

# gcc -c hello.c

#

(注1：本文不介紹各命令使用和其參數(shù)功能，若希望詳細(xì)了解它們，請參考其他文檔。)

(注2：首字符"#"是系統(tǒng)提示符，不需要鍵入，下文相同。)

我們運(yùn)行l(wèi)s命令看看是否生存了hello.o文件。

# ls

hello.c hello.h hello.o main.c

#

(注3：首字符不是"#"為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，下文相同。)

在ls命令結(jié)果中，我們看到了hello.o文件，本步操作完成。

下面我們先來看看如何創(chuàng)建靜態(tài)庫，以及使用它。

第3步：由.o文件創(chuàng)建靜態(tài)庫;

靜態(tài)庫文件名的命名規(guī)范是以lib為前綴，緊接著跟靜態(tài)庫名，擴(kuò)展名為.a。例如：我們將創(chuàng)建的靜態(tài)庫名為myhello，則靜態(tài)庫文件名就是libmyhello.a。在創(chuàng)建和使用靜態(tài)庫時，需要注意這點(diǎn)。創(chuàng)建靜態(tài)庫用ar命令。

在系統(tǒng)提示符下鍵入以下命令將創(chuàng)建靜態(tài)庫文件libmyhello.a。

# ar cr libmyhello.a hello.o

#

我們同樣運(yùn)行l(wèi)s命令查看結(jié)果：

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c

#

ls命令結(jié)果中有l(wèi)ibmyhello.a。

第4步：在程序中使用靜態(tài)庫;

靜態(tài)庫制作完了，如何使用它內(nèi)部的函數(shù)呢？只需要在使用到這些公用函數(shù)的源程序中包含這些公用函數(shù)的原型聲明，然后在用gcc命令生成目標(biāo)文件時指明靜態(tài)庫名，gcc將會從靜態(tài)庫中將公用函數(shù)連接到目標(biāo)文件中。注意，gcc會在靜態(tài)庫名前加上前綴lib，然后追加擴(kuò)展名.a得到的靜態(tài)庫文件名來查找靜態(tài)庫文件。

在程序3:main.c中，我們包含了靜態(tài)庫的頭文件hello.h，然后在主程序main中直接調(diào)用公用函數(shù)hello。下面先生成目標(biāo)程序hello，然后運(yùn)行hello程序看看結(jié)果如何。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

Hello everyone!

#

我們刪除靜態(tài)庫文件試試公用函數(shù)hello是否真的連接到目標(biāo)文件 hello中了。

# rm libmyhello.a

rm: remove regular file `libmyhello.a'? y

# ./hello

Hello everyone!

#

程序照常運(yùn)行，靜態(tài)庫中的公用函數(shù)已經(jīng)連接到目標(biāo)文件中了。

我們繼續(xù)看看如何在Linux中創(chuàng)建動態(tài)庫。我們還是從.o文件開始。

第5步：由.o文件創(chuàng)建動態(tài)庫文件;

動態(tài)庫文件名命名規(guī)范和靜態(tài)庫文件名命名規(guī)范類似，也是在動態(tài)庫名增加前綴lib，但其文件擴(kuò)展名為.so。例如：我們將創(chuàng)建的動態(tài)庫名為myhello，則動態(tài)庫文件名就是libmyhello.so。用gcc來創(chuàng)建動態(tài)庫。

在系統(tǒng)提示符下鍵入以下命令得到動態(tài)庫文件libmyhello.so。

# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o

#

我們照樣使用ls命令看看動態(tài)庫文件是否生成。

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c

#

第6步：在程序中使用動態(tài)庫;

在程序中使用動態(tài)庫和使用靜態(tài)庫完全一樣，也是在使用到這些公用函數(shù)的源程序中包含這些公用函數(shù)的原型聲明，然后在用gcc命令生成目標(biāo)文件時指明動態(tài)庫名進(jìn)行編譯。我們先運(yùn)行g(shù)cc命令生成目標(biāo)文件，再運(yùn)行它看看結(jié)果。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

#

哦!出錯了?？炜纯村e誤提示，原來是找不到動態(tài)庫文件libmyhello.so。程序在運(yùn)行時，會在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動態(tài)庫文件。若找到，則載入動態(tài)庫，否則將提示類似上述錯誤而終止程序運(yùn)行。我們將文件libmyhello.so復(fù)制到目錄/usr/lib中，再試試。

# mv libmyhello.so /usr/lib

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: /usr/lib/libhello.so: cannot restore segment prot after reloc: Permission denied

由于SELinux引起，

# chcon -t texrel_shlib_t /usr/lib/libhello.so

# ./hello

Hello everyone!

#

成功了。這也進(jìn)一步說明了動態(tài)庫在程序運(yùn)行時是需要的。

我們回過頭看看，發(fā)現(xiàn)使用靜態(tài)庫和使用動態(tài)庫編譯成目標(biāo)程序使用的gcc命令完全一樣，那當(dāng)靜態(tài)庫和動態(tài)庫同名時，gcc命令會使用哪個庫文件呢？抱著對問題必究到底的心情，來試試看。

先刪除 除.c和.h外的 所有文件，恢復(fù)成我們剛剛編輯完舉例程序狀態(tài)。

# rm -f hello hello.o /usr/lib/libmyhello.so

# ls

hello.c hello.h main.c

#

在來創(chuàng)建靜態(tài)庫文件libmyhello.a和動態(tài)庫文件libmyhello.so。

# gcc -c hello.c

# ar cr libmyhello.a hello.o

# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a libmyhello.so main.c

#

通過上述最后一條ls命令，可以發(fā)現(xiàn)靜態(tài)庫文件libmyhello.a和動態(tài)庫文件libmyhello.so都已經(jīng)生成，并都在當(dāng)前目錄中。然后，我們運(yùn)行g(shù)cc命令來使用函數(shù)庫myhello生成目標(biāo)文件hello，并運(yùn)行程序 hello。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

#

從程序hello運(yùn)行的結(jié)果中很容易知道，當(dāng)靜態(tài)庫和動態(tài)庫同名時， gcc命令將優(yōu)先使用動態(tài)庫。

基本概念

庫有動態(tài)與靜態(tài)兩種，動態(tài)通常用.so為后綴，靜態(tài)用.a為后綴。

例如：libhello.so libhello.a 為了在同一系統(tǒng)中使用不同版本的庫，可以在庫文件名后加上版本號為后綴,例如： libhello.so.1.0,由于程序連接默認(rèn)以.so為文件后綴名。所以為了使用這些庫，通常使用建立符號連接的方式。

ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1

ln -s libhello.so.1 libhello.so

1、使用庫

當(dāng)要使用靜態(tài)的程序庫時，連接器會找出程序所需的函數(shù)，然后將它們拷貝到執(zhí)行文件，由于這種拷貝是完整的，所以一旦連接成功，靜態(tài)程序庫也就不再需要了。然 而，對動態(tài)庫而言，就不是這樣。動態(tài)庫會在執(zhí)行程序內(nèi)留下一個標(biāo)記指明當(dāng)程序執(zhí)行時，首先必須載入這個庫。由于動態(tài)庫節(jié)省空間，linux下進(jìn)行連接的缺省操作是首先連接動態(tài)庫，也就是說，如果同時存在靜態(tài)和動態(tài)庫，不特別指定的話，將與動態(tài)庫相連接。 現(xiàn)在假設(shè)有一個叫hello的程序開發(fā)包，它提供一個靜態(tài)庫libhello.a 一個動態(tài)庫libhello.so,一個頭文件hello.h,頭文件中提供sayhello()這個函數(shù) /* hello.h */ void sayhello(); 另外還有一些說明文檔。

這一個典型的程序開發(fā)包結(jié)構(gòu) 與動態(tài)庫連接 linux默認(rèn)的就是與動態(tài)庫連接，下面這段程序testlib.c使用hello庫中的sayhello()函數(shù)

/*testlib.c*/

#include

#include

int main()

{

sayhello();

return 0;

}

使用如下命令進(jìn)行編譯 $gcc -c testlib.c -o testlib.o

用如下命令連接： $gcc testlib.o -lhello -o testlib

連接時要注意，假設(shè)libhello.o 和libhello.a都在缺省的庫搜索路徑下/usr/lib下，如果在其它位置要加上-L參數(shù) 與與靜態(tài)庫連接麻煩一些，主要是參數(shù)問題。還是上面的例子：

$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello

注：這個特別的"-WI，-Bstatic"參數(shù)，實際上是傳給了連接器ld。指示它與靜態(tài)庫連接，如果系統(tǒng)中只有靜態(tài)庫當(dāng)然就不需要這個參數(shù)了。 如果要和多個庫相連接，而每個庫的連接方式不一樣，比如上面的程序既要和libhello進(jìn)行靜態(tài)連接，又要和libbye進(jìn)行動態(tài)連接，其命令應(yīng)為：

$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello -WI,-Bdynamic -lbye

2、動態(tài)庫的路徑問題 為了讓執(zhí)行程序順利找到動態(tài)庫，有三種方法：

(1)把庫拷貝到/usr/lib和/lib目錄下。

(2)在LD_LIBRARY_PATH環(huán)境變量中加上庫所在路徑。

例如動態(tài)庫libhello.so在/home/ting/lib目錄下，以bash為例，使用命令：

$export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib

(3) 修改/etc/ld.so.conf文件，把庫所在的路徑加到文件末尾，并執(zhí)行l(wèi)dconfig刷新。這樣，加入的目錄下的所有庫文件都可見。

3、查看庫中的符號

有時候可能需要查看一個庫中到底有哪些函數(shù)，nm命令可以打印出庫中的涉及到的所有符號。庫既可以是靜態(tài)的也可以是動態(tài)的。nm列出的符號有很多，常見的有三種：

一種是在庫中被調(diào)用，但并沒有在庫中定義(表明需要其他庫支持)，用U表示;

一種是庫中定義的函數(shù)，用T表示，這是最常見的;

另外一種是所謂的“弱 態(tài)”符號，它們雖然在庫中被定義，但是可能被其他庫中的同名符號覆蓋，用W表示。

例如，假設(shè)開發(fā)者希望知道上文提到的hello庫中是否定義了 printf():

$nm libhello.so |grep printf U

其中printf U表示符號printf被引用，但是并沒有在函數(shù)內(nèi)定義，由此可以推斷，要正常使用hello庫，必須有其它庫支持，再使用ldd命令查看hello依賴于哪些庫：

$ldd hello libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000) /lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

從上面的結(jié)果可以繼續(xù)查看printf最終在哪里被定義，有興趣可以go on

4、生成庫

第一步要把源代碼編繹成目標(biāo)代碼。

以下面的代碼為例，生成上面用到的hello庫：

/* hello.c */

#include

void sayhello()

{

printf("hello,world ");

}

用gcc編繹該文件，在編繹時可以使用任何全法的編繹參數(shù)，例如-g加入調(diào)試代碼等： gcc -c hello.c -o hello.o

(1)連接成靜態(tài)庫 連接成靜態(tài)庫使用ar命令，其實ar是archive的意思

$ar cqs libhello.a hello.o

(2)連接成動態(tài)庫 生成動態(tài)庫用gcc來完成，由于可能存在多個版本，因此通常指定版本號：

$gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 hello.o

另外再建立兩個符號連接：

$ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1

$ln -s libhello.so.1 libhello.so

這樣一個libhello的動態(tài)連接庫就生成了。最重要的是傳gcc -shared 參數(shù)使其生成是動態(tài)庫而不是普通執(zhí)行程序。 -Wl 表示后面的參數(shù)也就是-soname,libhello.so.1直接傳給連接器ld進(jìn)行處理。實際上，每一個庫都有一個soname，當(dāng)連接器發(fā)現(xiàn)它正在查找的程序庫中有這樣一個名稱，連接器便會將soname嵌入連結(jié)中的二進(jìn)制文件內(nèi)，而不是它正在運(yùn)行的實際文件名，在程序執(zhí)行期間，程序會查找擁有 soname名字的文件，而不是庫的文件名，換句話說，soname是庫的區(qū)分標(biāo)志。 這樣做的目的主要是允許系統(tǒng)中多個版本的庫文件共存，習(xí)慣上在命名庫文件的時候通常與soname相同 libxxxx.so.major.minor 其中，xxxx是庫的名字，major是主版本號，minor 是次版本號。(發(fā)布者：chiying)