關(guān)于靜態(tài)庫(kù)，共享庫(kù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)~~~
2011-02-23 11:39
動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)de創(chuàng)建
一個(gè)“程序函數(shù)庫(kù)”簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)文件包含一些編譯好的代碼和數(shù)據(jù)，這些編譯好的代碼和數(shù)據(jù)可以在事后供其它的程序
使用。程序函數(shù)庫(kù)可以使整個(gè)程序更加模塊化，更容易重新編譯，而且更方便升級(jí)。
程序函數(shù)庫(kù)可分為三種類(lèi)型：靜態(tài)函數(shù)庫(kù)--static libraries，共享函數(shù)庫(kù)--shared libraries，和動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)--dynamic loaded libraries。靜態(tài)函數(shù)庫(kù)是在程序執(zhí)行前就加入到目標(biāo)程序中去了；而共享函數(shù)庫(kù)則是在程序啟動(dòng)的時(shí)候加載到程序中，它可以被不同的程序共享；動(dòng)態(tài)加載函數(shù)庫(kù)則可以在程序運(yùn)行的任何時(shí)候動(dòng)態(tài)加載。實(shí)際上，動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)并非另外一種庫(kù)函數(shù)
模式，區(qū)別是動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)是如何被程序元使用的。
靜態(tài)函數(shù)庫(kù)：
：靜態(tài)函數(shù)庫(kù)實(shí)際上就是簡(jiǎn)單的一個(gè)普通的目標(biāo)文件集合，一般來(lái)說(shuō)習(xí)慣使用".a"作為文件的后綴。
：可以用ar這個(gè)程序產(chǎn)生靜態(tài)函數(shù)庫(kù)文件。ar是archiver的縮寫(xiě)。靜態(tài)函數(shù)庫(kù)現(xiàn)在已經(jīng)不再像以前用得那么多了，主要是共享函數(shù)庫(kù)與之比較有很多的優(yōu)勢(shì)的原因。
：靜態(tài)庫(kù)函數(shù)允許程序員把程序link起來(lái)而不用重新編譯代碼，節(jié)省了重新編譯代碼的時(shí)間。
：靜態(tài)函數(shù)庫(kù)對(duì)開(kāi)發(fā)這還是很有用的，例如你想把自己提供的函數(shù)給別人使用，但是又想對(duì)函數(shù)的源代碼進(jìn)行保密，你就可以給別人提供一個(gè)靜態(tài)函數(shù)庫(kù)文件。理論上說(shuō)，使用elf格式的靜態(tài)庫(kù)函數(shù)生成的代碼可以比使用共享函數(shù)庫(kù)(或者動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù))的程序運(yùn)行速度上快一些，大概1-5%。
：創(chuàng)建一個(gè)靜態(tài)函數(shù)庫(kù)文件，或者往一個(gè)已經(jīng)存在的靜態(tài)函數(shù)庫(kù)文件添加新的目標(biāo)代碼，可以用下面命令：
ar rcs my_library.a file1.o file2.o //more info, please man ar
：一旦你創(chuàng)建了一個(gè)靜態(tài)函數(shù)庫(kù)，你就可以使用它了。你可以把它作為你編譯和鏈接過(guò)程中的一部分用來(lái)生成你的可執(zhí)行代碼。如果你用gcc來(lái)編譯產(chǎn)生可執(zhí)行代碼的話(huà)，你可以用"-l"參數(shù)來(lái)指定這個(gè)庫(kù)函數(shù)。你也可以用ld來(lái)做，它用它的"-l"和"-L"參數(shù)選項(xiàng)。具體做法可參考info:gcc。
共享函數(shù)庫(kù)：
：共享函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)是在當(dāng)一個(gè)可執(zhí)行程序在啟動(dòng)的時(shí)候被加載。如果一個(gè)共享函數(shù)庫(kù)正常安裝，所有的程序在重新運(yùn)行的時(shí)候都可以自動(dòng)加載最新的函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)。對(duì)于Linux系統(tǒng)還有更多的可以實(shí)現(xiàn)的功能：(1)升級(jí)了函數(shù)庫(kù)但是仍然允許程序使用老版本的函數(shù)庫(kù)；(2)當(dāng)執(zhí)行某個(gè)特定程序的時(shí)候可以覆蓋某個(gè)特定的庫(kù)或者庫(kù)中指定的函數(shù)； (3)可以在庫(kù)函數(shù)被使用的過(guò)程中修改這些函數(shù)庫(kù)。
一些約定：如果你要編寫(xiě)的共享函數(shù)庫(kù)支持所有有用的特性，你在編寫(xiě)的過(guò)程中必須遵循一系列約定。你必須理解庫(kù)的不同名字間的區(qū)別，例如它的"soname"和"real name"之間的區(qū)別和它們是如何相互作用的。你同樣還要知道你應(yīng)該把這些庫(kù)函數(shù)放在你文件系統(tǒng)的什么位置下等等。
：共享庫(kù)的命名--每個(gè)共享函數(shù)庫(kù)都有個(gè)特殊的名字，稱(chēng)作soname。soname名字命名必須以"lib"作為前綴，然后是函數(shù)庫(kù)的名字，然后是".so"，最后是版本號(hào)信息。不過(guò)有個(gè)特例，就是非常底層的C庫(kù)函數(shù)都不是以lib開(kāi)頭這樣命名的。
每個(gè)共享函數(shù)庫(kù)都有一個(gè)真正的名字--real name，它是包含真正庫(kù)函數(shù)代碼的文件。真名有一個(gè)主版本號(hào)，和一個(gè)發(fā)行版本號(hào)。最后一個(gè)發(fā)行版本號(hào)是可選的，可以沒(méi)有。主版本號(hào)和發(fā)行版本號(hào)使你可以知道你到底是安裝了什么版本的庫(kù)函數(shù)。
另外，還有一個(gè)名字是編譯器編譯的時(shí)候需要的函數(shù)庫(kù)的名字，這個(gè)名字就是簡(jiǎn)單的soname名字，而不包含任何版本號(hào)信息。
管理共享函數(shù)庫(kù)的關(guān)鍵是區(qū)分好這些名字。當(dāng)可執(zhí)行程序需要在自己的程序中列出這些它們需要的共享庫(kù)函數(shù)的時(shí)候，它只要用soname就可以了；反過(guò)來(lái)，當(dāng)你要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的共享函數(shù)庫(kù)的時(shí)候，你要指定一個(gè)特定的文件名，其中包含很多很細(xì)節(jié)的版本信息。當(dāng)你要安裝一個(gè)新版本的函數(shù)庫(kù)的時(shí)候，你只要先將這些函數(shù)庫(kù)文件拷貝到一些特定的目錄中，運(yùn)行l(wèi)dconfig就可以。ldconfig檢查已經(jīng)存在的庫(kù)函數(shù)，然后創(chuàng)建soname的符號(hào)連接到真正的函數(shù)庫(kù)，同時(shí)設(shè)置/etc/ld.so.cache這個(gè)緩沖文件。
ldconfig并不設(shè)置連接的名字，通常的做法是在安裝過(guò)程當(dāng)中完成這個(gè)連接名字的建立，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)符號(hào)連接就簡(jiǎn)單的指向最新的soname或者最新版本的函數(shù)文件。最好把這個(gè)符號(hào)連接指向soname，因?yàn)橥ǔ．?dāng)你升級(jí)你的庫(kù)函數(shù)的時(shí)候，你就可以自動(dòng)使用新版本的函數(shù)庫(kù)了。
Example:
/usr/lib/libreadline.so.3是一個(gè)完全的完整的soname，ldconfig可以設(shè)置一個(gè)符號(hào)鏈接到其它某個(gè)真正的函數(shù)庫(kù)文件，
例如是/usr/lib/libreadline.so.3.0。同時(shí)還必須有一個(gè)連接名字，例如/usr/lib/libreadline.so就是一個(gè)符號(hào)鏈接
指向/usr/lib/libreadline.so.3。//？？？？？？？
：文件系統(tǒng)中函數(shù)庫(kù)文件的位置--共享函數(shù)庫(kù)文件必須放在一些特定的目錄里，這樣通過(guò)系統(tǒng)的環(huán)境變量設(shè)置，應(yīng)用程序才能正確的使用這些函數(shù)庫(kù)。大部分的源碼開(kāi)發(fā)的程序都遵循GNU的一些標(biāo)準(zhǔn)。GNU標(biāo)準(zhǔn)建議所有的函數(shù)庫(kù)文件都放在/usr/local/lib目錄下，而且建議命令可執(zhí)行程序都放在/usr/local/bin目錄下。這都是一些習(xí)慣問(wèn)題，可以改變。而文件系統(tǒng)層次化標(biāo)準(zhǔn)FHS(Filesystem Hierarchy Standard)規(guī)定：在一個(gè)發(fā)行包中大部分的函數(shù)庫(kù)文件應(yīng)該安裝到/usr/lib目錄下，但是如果某些庫(kù)是在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候要加載的，則放到/lib目錄下，而那些不適系統(tǒng)本身一部分的庫(kù)則放到/usr/local/lib下。
GNU提出的標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)于開(kāi)發(fā)者開(kāi)放源碼的，而FHS的建議則是針對(duì)發(fā)行版本的路徑的。具體信息可以看/etc/ld.so.conf里面的配置信息。
：如何使用？
在基于GNU glibc的系統(tǒng)里，包括所有的linux系統(tǒng)，啟動(dòng)一個(gè)elf格式的二進(jìn)制可執(zhí)行文件會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)和運(yùn)行一個(gè)program loader。對(duì)于linux系統(tǒng)，這個(gè)loader的名字是/lib/ld-linux.so.X(version)。這個(gè)loader啟動(dòng)后，反過(guò)來(lái)就會(huì)load所有的本程序要使用的共享函數(shù)庫(kù)。
到底在哪些目錄里查找共享函數(shù)呢？這些定義缺省的是放在/etc/ld.so.conf文件里面，我們可以修改這個(gè)文件，加入我們自己的一些特殊的路徑要求。
如果想覆蓋某個(gè)庫(kù)中的一些函數(shù)，用自己的函數(shù)替換它們，同時(shí)保留該庫(kù)中其它的函數(shù)的話(huà)，你可以在/etc/ld.so.preload中加入你想要替換的庫(kù)(.o結(jié)尾的文件)，這些preloading的庫(kù)函數(shù)將有優(yōu)先加載的權(quán)利。
當(dāng)程序啟動(dòng)的時(shí)候搜索所有的目錄顯然會(huì)效率很低，于是linux系統(tǒng)實(shí)際上用的是一個(gè)高速緩沖的做法。ldconfig缺省情況下讀出/etc/ld.so.conf相關(guān)信息，然后設(shè)置適當(dāng)當(dāng)?shù)胤?hào)鏈接，然后寫(xiě)cache到/etc/ld.so.cache這個(gè)文件中，而這個(gè)/etc/ld.so.cache則可以被其它程序有效使用。這樣的做法可以大大提高訪問(wèn)函數(shù)庫(kù)的速度。這就要求每次新增加一個(gè)動(dòng)態(tài)加載的函數(shù)庫(kù)的時(shí)候，就要運(yùn)行l(wèi)dconfig來(lái)更新這個(gè)cache,如果要?jiǎng)h除某個(gè)函數(shù)庫(kù)，或者某個(gè)函數(shù)庫(kù)的路徑修改了，都要重新運(yùn)行l(wèi)dconfig來(lái)更新這個(gè)cache。通常的一些包管理器在安裝一個(gè)新的函數(shù)庫(kù)的時(shí)候都要運(yùn)行l(wèi)dconfig。
：環(huán)境變量
各種各樣的環(huán)境變量控制著一些關(guān)鍵的過(guò)程。例如你可以臨時(shí)為特定的程序的一次執(zhí)行指定一個(gè)不同的函數(shù)庫(kù)。Linux系統(tǒng)中，通常變量LD_LIBRARY_PATH就是可以用來(lái)會(huì)自定函數(shù)庫(kù)查找路徑的，而且這個(gè)路徑通常是在查找標(biāo)準(zhǔn)路徑之前查找。這個(gè)是很有用的，特別是在調(diào)試一個(gè)新的函數(shù)庫(kù)的時(shí)候，或者在特殊的場(chǎng)合使用一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)庫(kù)的時(shí)候。環(huán)境變量LD_PRELOAD列出了所有共享函數(shù)庫(kù)中需要優(yōu)先加載的庫(kù)文件，功能和/etc/ld.so.preload類(lèi)似。這些都是有/lib/ld-linux.so這個(gè)loader來(lái)實(shí)現(xiàn)的。值得一提的是LD_LIBRARY_PATH可以在大部分UNIX-LIKE系統(tǒng)下正常工作，但是并非所有的系統(tǒng)下都可以使用，例如HP-UX系統(tǒng)下，就是用SHLIB_PATH這個(gè)變量，而在AIX下則使用LIBPATH這個(gè)變量。LD_LIBRARY_PATH在開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常大量使用，但是不應(yīng)該被一個(gè)普通用戶(hù)在安裝過(guò)程中被安裝程序修改...
事實(shí)上還有更多的環(huán)境變量影響著程序的調(diào)入過(guò)程，它們的名字通常就是以LD_或者RTLD_打頭。大部分這些環(huán)境變量的使用的文檔都不完全。如果要真正弄清楚它們的用法，最好去讀loader的源碼(gcc的一部分)。
允許用戶(hù)控制動(dòng)態(tài)鏈接函數(shù)庫(kù)將涉及到setuid/setgid這個(gè)函數(shù)如果特殊的功能需要的話(huà)。因此，GNU loader通常限制或者忽略
用戶(hù)對(duì)這些變量使用的setuid和setgid，如果loader通過(guò)判斷程序的相關(guān)環(huán)境變量判斷程序是否使用了setuid或者setgid，然后就大大的限制控制這個(gè)老鏈接的權(quán)限。如果閱讀GNU glibc的庫(kù)函數(shù)源碼，就可以清查的看到這一點(diǎn)，特別的我們可以看elf/rtld.c和/sysdeps/generic/dl-sysdep.c這兩個(gè)文件。這就意味著如果你使用uid和gid與euid和egid分別相等，然后調(diào)用一個(gè)程序，那么這些變量就可以完全起效。
創(chuàng)建一個(gè)共享函數(shù)庫(kù)：
現(xiàn)在我們開(kāi)始學(xué)習(xí)創(chuàng)建一個(gè)共享函數(shù)庫(kù)。其實(shí)創(chuàng)建一個(gè)共享函數(shù)庫(kù)非常容易，首先創(chuàng)建object文件，這個(gè)文件將加入通過(guò)gcc -fPIC參數(shù)命令加入到共享函數(shù)庫(kù)里面。PIC的意思是位置無(wú)關(guān)代碼--Position Independent Code。下面是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的格式：
gcc -shared -Wl, -soname,your_soname -o library_name file_list library_list
Example:
創(chuàng)建兩個(gè)object文件a.o和b.o，然后創(chuàng)建一個(gè)包含a.o和b.o的共享函數(shù)庫(kù)。例子中-g和-Wall參數(shù)不是必須的。
gcc -fPIC -g -c -Wall a.c
gcc -fPIC -g -c -Wall b.c
gcc -shared -Wl, -soname, liblusterstuff.so.1. -o liblusterstuff.so.1.0.1 a.o b.o -lc
一些注意的地方：
不用-formit-frame-pointer這個(gè)編譯參數(shù)，除非你不得不這樣。雖然使用了這個(gè)參數(shù)后獲得的函數(shù)庫(kù)仍然可用，但是這使得調(diào)試程序幾乎沒(méi)有用，無(wú)法跟蹤調(diào)試。
使用-fPIC來(lái)乘勝代碼，而不是-fpic。
某些情況下，使用gcc來(lái)生成object文件，需要使用"-Wl, -export-dynamic"這個(gè)選項(xiàng)參數(shù)。通常動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)的符號(hào)表里面包含了這些動(dòng)態(tài)的對(duì)象的符號(hào)。這個(gè)選項(xiàng)在創(chuàng)建elf格式的文件的時(shí)候，會(huì)將所有的符號(hào)加入到動(dòng)態(tài)符號(hào)表中?？梢詤⒖糽d的幫助獲得更多信息。
：安裝和使用共享函數(shù)庫(kù)
一旦你創(chuàng)建并使用一個(gè)共享函數(shù)庫(kù)，你還需要安裝它。其實(shí)簡(jiǎn)單得方法就是拷貝你的庫(kù)文件到指定的標(biāo)準(zhǔn)的目錄，然后運(yùn)行l(wèi)dconfig。
如果你沒(méi)有權(quán)限去做這些事情，那么你只好通過(guò)修改你的環(huán)境變量來(lái)實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)庫(kù)的使用了。首先，你需要?jiǎng)?chuàng)建這些共享函數(shù)庫(kù)；然后，設(shè)置一些必須的符號(hào)鏈接，特別是從soname到真正的函數(shù)庫(kù)文件的符號(hào)鏈接，簡(jiǎn)單的方法就是運(yùn)行l(wèi)dconfig:
ldconfig -n directory_with_shared_libraries
然后你就可以設(shè)置你的LD_LIBRARY_PATH這個(gè)環(huán)境變量，它是一個(gè)以逗號(hào)分割的路徑的集合，這個(gè)可以用來(lái)指明共享函數(shù)庫(kù)的搜索路徑。例如，使用bash，就可以這樣來(lái)啟動(dòng)一個(gè)程序my_program:
LD_LIBRARY_PATH=. :$LD_LIBRARY_PATH my_program
如果你需要的是重載部分函數(shù)，則你就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)包含需要重載的函數(shù)的object文件，然后設(shè)置LD_PRELOAD環(huán)境變量。通常你可以很方便升級(jí)你的函數(shù)庫(kù)，如果某個(gè)API改變了，創(chuàng)建庫(kù)的程序會(huì)改變soname。然而，如果一個(gè)函數(shù)升級(jí)了某個(gè)函數(shù)庫(kù)而保持了原來(lái)的soname，你可以強(qiáng)行將老版本的函數(shù)庫(kù)拷貝到某個(gè)位置，然后重新命名這個(gè)文件(例如使用原來(lái)的名字，然后后面加.orig后綴)，然后創(chuàng)建一個(gè)小的"wrapper"腳本來(lái)設(shè)置這個(gè)庫(kù)函數(shù)和相關(guān)的東西。
Example:
#!/bin/sh export
LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/my_lib:$LD_LIBRARY_PATH exec /usr/bin/my_program.orig $*
我們可以通過(guò)運(yùn)行l(wèi)dd來(lái)查看某個(gè)程序使用的共享函數(shù)庫(kù)。
Example:利用ldd來(lái)看ls這個(gè)使用工具使用的函數(shù)庫(kù)：
ldd /bin/ls
libtermcap.so.2 => /lib/libtermcap.so.2 (0x4001c000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40020000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
通常我們可以看到一個(gè)soname的列表，包括路徑。在所有的情況下，你都至少可以看到兩個(gè)庫(kù)：
/lib/ld-linux.so.N (N是1或者更大，一般至少2) //這個(gè)是用來(lái)加載其它所有的共享庫(kù)的庫(kù)
/libc.so.N (N應(yīng)該大于或者等于6)。這是C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)。
值得一提的是，不要再對(duì)你不信任的程序運(yùn)行l(wèi)dd命令。在ldd的manual里面寫(xiě)的清楚，ldd是通過(guò)設(shè)置某些特殊的環(huán)境變量(例如，對(duì)于elf對(duì)象，設(shè)置LD_TRACE_LOADED_OBJECTS)，然后運(yùn)行這個(gè)程序。這樣就有可能執(zhí)行某些意想不到的代碼，而產(chǎn)生不安全的隱患。
：不兼容的函數(shù)庫(kù)
如果一個(gè)新版本的函數(shù)庫(kù)要和老版本的二進(jìn)制的庫(kù)不兼容，則soname需要改變。對(duì)于C語(yǔ)言，一共有四個(gè)基本理由使得它們?cè)?div style="height:15px;">
二進(jìn)制代碼上很難兼容：(1)一個(gè)函數(shù)的行文改變了，這樣它就可能與最開(kāi)始的定義不相符合；(2)輸出的數(shù)據(jù)項(xiàng)改變了；(3)某些輸出的函數(shù)刪除了；(4)某些輸出函數(shù)的接口改變了。如果你能避免這些地方，你就可以保持你的函數(shù)庫(kù)在二進(jìn)制代碼上的兼容，或者說(shuō)，你可以使得你的程序應(yīng)用二進(jìn)制接口(ABI:Application Binary Interface)上兼容。
nm命令可以列出一個(gè)函數(shù)庫(kù)文件中的符號(hào)表。它對(duì)于靜態(tài)的函數(shù)庫(kù)和共享的函數(shù)庫(kù)都起作用。對(duì)于一個(gè)給定的函數(shù)庫(kù)，nm命令可以列出函數(shù)庫(kù)中定義的所有符號(hào)，包括每個(gè)符號(hào)的值和類(lèi)型。還可以給出在原程序中這個(gè)函數(shù)（符號(hào)）是在多少行定義的，不過(guò)這必須要求編譯該函數(shù)庫(kù)的時(shí)候加“-l”選項(xiàng)。
符號(hào)的類(lèi)型是以一個(gè)字母的形式顯示的，小寫(xiě)字母表示這個(gè)符號(hào)是本地（local）的，而大寫(xiě)字母則表示這個(gè)符號(hào)是全局的(global,externel)。一般來(lái)說(shuō)，類(lèi)型有一下幾種：T、D、B、U、W。各自的含義如下：T表示在代碼段中定義的一般變量符號(hào)；D表示時(shí)初始化過(guò)的數(shù)據(jù)段；B表示初始化的數(shù)據(jù)段；U表示沒(méi)有定義的，在這個(gè)庫(kù)里面使用了，但是在其他庫(kù)中定義的符號(hào)；W，weak的縮寫(xiě)，表示如果其他函數(shù)庫(kù)中也有對(duì)這個(gè)符號(hào)的定義，則其他符號(hào)的定義可以覆蓋這個(gè)定義。
如果你知道一個(gè)函數(shù)的名字，但是你不知道這個(gè)函數(shù)在什么苦衷定義的，那么可以用nm的"-o"選項(xiàng)和grep命令來(lái)查找?guī)斓拿帧?div style="height:15px;">
