關於Linux靜態庫和動態庫的分析

1.什麼是庫
在windows平臺和linux平臺下都大量存在着庫。
本質上來講庫是一種可執行代碼的二進制形式，能夠被操做系統載入內存執行。
因爲windows和linux的本質不一樣，所以兩者庫的二進制是不兼容的。
本文僅限於介紹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）。
兩者的不一樣點在於代碼被載入的時刻不一樣。
靜態庫的代碼在編譯過程當中已經被載入可執行程序，所以體積較大。
共享庫的代碼是在可執行程序運行時才載入內存的，在編譯過程當中僅簡單的引用，所以代碼體積較小。

3.庫存在的意義
庫是別人寫好的現有的，成熟的，能夠複用的代碼，你可使用但要記得遵照許可協議。
現實中每一個程序都要依賴不少基礎的底層庫，不可能每一個人的代碼都從零開始，所以庫的存在乎義非同尋常。
共享庫的好處是，不一樣的應用程序若是調用相同的庫，那麼在內存裏只須要有一份該共享庫的實例。

4.庫文件是如何產生的在linux下
靜態庫的後綴是.a，它的產生分兩步
Step 1.由源文件編譯生成一堆.o，每一個.o裏都包含這個編譯單元的符號表
Step 2.ar命令將不少.o轉換成.a，成文靜態庫
動態庫的後綴是.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，有沒有什麼規範
在linux下，庫文件通常放在/usr/lib /lib下，
靜態庫的名字通常爲libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱
動態庫的名字通常爲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命令能夠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)
能夠看到ln命令依賴於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，可以知道其所依賴的庫的名字，可是還須要知道絕對路徑
此時就須要系統動態載入器(dynamic linker/loader)
對於elf格式的可執行程序，是由ld-linux.so*來完成的，它前後搜索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目錄找到庫文件後將其載入內存

8.在新安裝一個庫以後如何讓系統可以找到他
若是安裝在/lib或者/usr/lib下，那麼ld默認可以找到，無需其餘操做。
若是安裝在其餘目錄，須要將其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步驟以下
1.編輯/etc/ld.so.conf文件，加入庫文件所在目錄的路徑
2.運行ldconfig，該命令會重建/etc/ld.so.cache文件

我 們一般把一些公用函數製做成函數庫，供其它程序使用。函數庫分爲靜態庫和動態庫兩種。靜態庫在程序編譯時會被鏈接到目標代碼中，程序運行時將再也不須要該靜 態庫。動態庫在程序編譯時並不會被鏈接到目標代碼中，而是在程序運行是才被載入，所以在程序運行時還須要動態庫存在。本文主要經過舉例來講明在Linux 中如何建立靜態庫和動態庫，以及使用它們。在建立函數庫前，咱們先來準備舉例用的源程序，並將函數庫的源程序編譯成.o文件。

第1步：編輯獲得舉例的程序--hello.h、hello.c和main.c；

hello.h(見程序1)爲該函數庫的頭文件。

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

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

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 程序1: hello.h

 #ifndef HELLO_H
 #define HELLO_H
 
 void hello(const char *name);
 
 #endif //HELLO_H

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 程序2: hello.c

 #include <stdio.h>
 
 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；

不管靜態庫，仍是動態庫，都是由.o文件建立的。所以，咱們必須將源程序hello.c經過gcc先編譯成.o文件。

在系統提示符下鍵入如下命令獲得hello.o文件。

# gcc -c hello.c

#

(注1：本文不介紹各命令使用和其參數功能，若但願詳細瞭解它們，請參考其餘文檔。)

(注2：首字符"#"是系統提示符，不須要鍵入，下文相同。)

咱們運行ls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"#"爲系統運行結果，下文相同。)

在ls命令結果中，咱們看到了hello.o文件，本步操做完成。

下面咱們先來看看如何建立靜態庫，以及使用它。

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第3步：由.o文件建立靜態庫；

靜態庫文件名的命名規範是以lib爲前綴，緊接着跟靜態庫名，擴展名爲.a。例如：咱們將建立的靜態庫名爲myhello，則靜態庫文件名就是libmyhello.a。在建立和使用靜態庫時，須要注意這點。建立靜態庫用ar命令。

在系統提示符下鍵入如下命令將建立靜態庫文件libmyhello.a。

# ar cr libmyhello.a hello.o

#

咱們一樣運行ls命令查看結果：

# ls

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

#

ls命令結果中有libmyhello.a。

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第4步：在程序中使用靜態庫；

靜態庫製做完了，如何使用它內部的函數呢？只須要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，而後在用gcc命令生成目標文件時指明靜態庫名，gcc將會從靜態庫中將公用函數鏈接到目標文件中。注意，gcc會在靜態庫名前加上前綴lib，而後追加擴展名.a獲得的靜態庫文件名來查找靜態庫文件。

在程序3:main.c中，咱們包含了靜態庫的頭文件hello.h，而後在主程序main中直接調用公用函數hello。下面先生成目標程序hello，而後運行hello程序看看結果如何。

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

# ./hello

Hello everyone!

#

咱們刪除靜態庫文件試試公用函數hello是否真的鏈接到目標文件 hello中了。

# rm libmyhello.a

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

# ./hello

Hello everyone!

#

程序照常運行，靜態庫中的公用函數已經鏈接到目標文件中了。

咱們繼續看看如何在Linux中建立動態庫。咱們仍是從.o文件開始。

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第5步：由.o文件建立動態庫文件；

動態庫文件名命名規範和靜態庫文件名命名規範相似，也是在動態庫名增長前綴lib，但其文件擴展名爲.so。例如：咱們將建立的動態庫名爲myhello，則動態庫文件名就是libmyhello.so。用gcc來建立動態庫。

在系統提示符下鍵入如下命令獲得動態庫文件libmyhello.so。

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

#

咱們照樣使用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

#

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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徹底同樣，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，而後在用gcc命令生成目標文件時指明動態庫名進行編譯。咱們先運行gcc命令生成目標文件，再運行它看看結果。

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

# ./hello

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

#

哦！出錯了。快看看錯誤提示，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等目錄中查找須要的動態庫文件。若找到，則載入動態庫，不然將提示相似上述錯誤而終止程序運行。咱們將文件 libmyhello.so複製到目錄/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
因爲SELinux引發，

# 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須要的。

咱們回過頭看看，發現使用靜態庫和使用動態庫編譯成目標程序使用的gcc命令徹底同樣，那當靜態庫和動態庫同名時，gcc命令會使用哪一個庫文件呢？抱着對問題必究到底的心情，來試試看。

先刪除 除.c和.h外的 全部文件，恢復成咱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

#

在來建立靜態庫文件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

#

經過上述最後一條ls命令，能夠發現靜態庫文件libmyhello.a和動態庫文件libmyhello.so都已經生成，並都在當前目錄中。而後，咱們運行gcc命令來使用函數庫myhello生成目標文件hello，並運行程序 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。

基本概念

庫有動態與靜態兩種，動態一般用.so爲後綴，靜態用.a爲後綴。

例如：libhello.so libhello.a 爲了在同一系統中使用不一樣版本的庫，能夠在庫文件名後加上版本號爲後綴,例如： libhello.so.1.0,因爲程序鏈接默認以.so爲文件後綴名。因此爲了使用這些庫，一般使用創建符號鏈接的方式。

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

ln -s libhello.so.1 libhello.so

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一、使用庫

當要使用靜態的程序庫時，鏈接器會找出程序所需的函數，而後將它們拷貝到執行文件，由 於這種拷貝是完整的，因此一旦鏈接成功，靜態程序庫也就再也不須要了。然 而，對動態庫而言，就不是這樣。動態庫會在執行程序內留下一個標記指明當程序執行時，首先必須載入這個庫。因爲動態庫節省空間，linux下進行鏈接的缺 省操做是首先鏈接動態庫，也就是說，若是同時存在靜態和動態庫，不特別指定的話，將與動態庫相鏈接。 如今假設有一個叫hello的程序開發包，它提供一個靜態庫libhello.a 一個動態庫libhello.so,一個頭文件hello.h,頭文件中提供sayhello()這個函數 /* hello.h */ void sayhello(); 另外還有一些說明文檔。

這一個典型的程序開發包結構 與動態庫鏈接 linux默認的就是與動態庫鏈接，下面這段程序testlib.c使用hello庫中的sayhello()函數

/*testlib.c*/

#include <>

#include <>

int main()

{

   sayhello();

   return 0;

}

使用以下命令進行編譯 $gcc -c testlib.c -o testlib.o

用以下命令鏈接： $gcc testlib.o -lhello -o testlib

鏈接時要注意，假設libhello.o 和libhello.a都在缺省的庫搜索路徑下/usr/lib下，若是在其它位置要加上-L參數 與與靜態庫鏈接麻煩一些，主要是參數問題。仍是上面的例子：

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

注：這個特別的"-WI，-Bstatic"參數，其實是傳給了鏈接器ld。指示它與靜態庫鏈接，若是系統中只有靜態庫固然就不須要這個參數了。 若是要和多個庫相鏈接，而每一個庫的鏈接方式不同，好比上面的程序既要和libhello進行靜態鏈接，又要和libbye進行動態鏈接，其命令應爲：

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

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二、動態庫的路徑問題 爲了讓執行程序順利找到動態庫，有三種方法：

(1)把庫拷貝到/usr/lib和/lib目錄下。

(2)在LD_LIBRARY_PATH環境變量中加上庫所在路徑。

例如動態庫libhello.so在/home/ting/lib目錄下，以bash爲例，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，並執行ldconfig刷新。這樣，加入的目錄下的全部庫文件均可見。

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三、查看庫中的符號

有時候可能須要查看一個庫中到底有哪些函數，nm命令能夠打印出庫中的涉及到的全部符號。庫既能夠是靜態的也能夠是動態的。nm列出的符號有不少，常見的有三種：

一種是在庫中被調用，但並無在庫中定義(代表須要其餘庫支持)，用U表示；

一種是庫中定義的函數，用T表示，這是最多見的；

另一種是所謂的「弱 態」符號，它們雖然在庫中被定義，可是可能被其餘庫中的同名符號覆蓋，用W表示。

例如，假設開發者但願知道上文提到的hello庫中是否認義了 printf():

$nm libhello.so |grep printf U

其中printf U表示符號printf被引用，可是並無在函數內定義，由此能夠推斷，要正常使用hello庫，必須有其它庫支持，再使用ldd命令查看hello依賴於哪些庫：

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

從上面的結果能夠繼續查看printf最終在哪裏被定義，有興趣能夠go on

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四、生成庫

第一步要把源代碼編繹成目標代碼。

如下面的代碼爲例，生成上面用到的hello庫：

 /* hello.c */

#include <> 

void sayhello()

{

  printf("hello,world ");

}

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

(1)鏈接成靜態庫 鏈接成靜態庫使用ar命令，其實ar是archive的意思

 $ar cqs libhello.a hello.o

(2)鏈接成動態庫 生成動態庫用gcc來完成，因爲可能存在多個版本，所以一般指定版本號：

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

另外再創建兩個符號鏈接：

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

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

這樣一個libhello的動態鏈接庫就生成了。最重要的是傳gcc -shared 參數使其生成是動態庫而不是普通執行程序。 -Wl 表示後面的參數也就是-soname,libhello.so.1直接傳給鏈接器ld進行處理。實 際上，每個庫都有一個soname，當鏈接器發現它正在查找的程序庫中有這樣一個名稱，鏈接器便會將soname嵌入連結中的二進制文件內，而不是它正 在運行的實際文件名，在程序執行期間，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是庫的區分標誌。 這樣作的目的主要是容許系統中多個版本的庫文件共存，習慣上在命名庫文件的時候一般與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