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          Linux靜態庫和動態庫的分析及實現

           1.什么是庫
            在windows平臺和linux平臺下都大量存在著庫。
            本質上來說庫是一種可執行代碼的二進制形式,可以被操作系統載入內存執行。
            由于windows和linux的本質不同,因此二者庫的二進制是不兼容的。
            本文僅限于介紹linux下的庫。
            2.庫的種類
            linux下的庫有兩種:靜態庫和共享庫(動態庫)。
            二者的不同點在于代碼被載入的時刻不同。
            靜態庫的代碼在編譯過程中已經被載入可執行程序,因此體積較大。
            共享庫的代碼是在可執行程序運行時才載入內存的,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
            庫是別人寫好的現有的,成熟的,可以復用的代碼,你可以使用但要記得遵守許可協議。
            現實中每個程序都要依賴很多基礎的底層庫,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,不同的應用程序如果調用相同的庫,那么在內存里只需要有一份該共享庫的實例。
            4.庫文件是如何產生的
            在linux下,靜態庫的后綴是.a,它的產生分兩步:
            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轉換成.a,成為靜態庫。
            動態庫的后綴是.so,它由gcc加特定參數編譯產生。
            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,有沒有什么規范
            在linux下,庫文件一般放在/usr/lib 下,
            靜態庫的名字一般為libxxxx.a,其中xxxx是該lib的名稱
            動態庫的名字一般為libxxxx.so.major.minor,xxxx是該lib的名稱,major是主版本號,minor是副版本號。
            6.如何知道一個可執行程序依賴哪些庫
            ldd命令可以查看一個可執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.可執行程序在執行的時候如何定位共享庫文件
            當系統加載可執行代碼時候,能夠知道其所依賴的庫的名字,但是還需要知道絕對路徑
            此時就需要系統動態載入器(dynamic linker/loader)。
            對于elf格式的可執行程序,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存。第5步:由.o文件創建動態庫文件
            動態庫文件名命名規范和靜態庫文件名命名規范類似,也是在動態庫名增加前綴lib,但其文件擴展名為.so。例如:我們將創建的動態庫名為myhello,則動態庫文件名就是libmyhello.so。用gcc來創建動態庫。
            在系統提示符下鍵入以下命令得到動態庫文件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:在程序中使用動態庫
            在程序中使用動態庫和使用靜態庫完全一樣,也是在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明,然后在用gcc命令生成目標文件時指明動態庫名進行編譯。我們先運行gcc命令生成目標文件,再運行它看看結果。
            # gcc -o hello main.c -L. -l myhello
            # ./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,原來是找不到動態庫文件libmyhello.so。程序在運行時,會在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動態庫文件。若找到,則載入動態庫,否則將提示類似上述錯誤而終止程序運行。我們將文件libmyhello.so復制到目錄/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。這也進一步說明了動態庫在程序運行時是需要的。
            我們回過頭看看,發現使用靜態庫和使用動態庫編譯成目標程序使用的gcc命令完全一樣,那當靜態庫和動態庫同名時,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,恢復成我們剛剛編輯完舉例程序狀態。
            # rm -f hello hello.o /usr/lib/libmyhello.so
            # ls
            hello.c hello.h main.c
            #
            在來創建靜態庫文件libmyhello.a和動態庫文件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,可以發現靜態庫文件libmyhello.a和動態庫文件libmyhello.so都已經生成,并都在當前目錄中。然后,我們運行gcc命令來使用函數庫myhello生成目標文件hello,并運行程序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運行的結果中很容易知道,當靜態庫和動態庫同名時, gcc命令將優先使用動態庫。

          posted on 2014-06-05 13:39 順其自然EVO 閱讀(230) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: 測試學習專欄

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