Linux下的静态库与动态库

一.库的分类
    有两种说法，如果熟悉WIN平台下的DLL，相信不难理解：

    库可以有三种使用的形式：静态、共享和动态。静态库的代码在编译时就已连接到开发人员开发的应用程序中，而共享库只是在程序开始运行时才载入，在编译时， 只是简单地指定需要使用的库函数。动态库则是共享库的另一种变化形式。动态库也是在程序运行时载入，但与共享库不同的是，使用的库函数不是在程序运行开 始，而是在程序中的语句需要使用该函数时才载入。动态库可以在程序运行期间释放动态库所占用的内存，腾出空间供其它程序使用。由于共享库和动态库并没有在 程序中包括库函数的内容，只是包含了对库函数的引用，因此代码的规模比较小。

    Linux下的库文件分为共享库和静态库两大类，它们两者的差别仅在程序执行时所需的代码是在运行时动态加载的，还是在编译时静态加载的。区分库类型最好 的方法是看它们的文件后缀，通常共享库以.so(Shared Object的缩写)结尾，静态链接库通常以.a结尾(Archive的缩写)。在终端缺省情况下，共享库通常为绿色，而静态库为黑色。

已经开发的大多数库都采取共享库的方式。ELF格式的可执行文件使得共享库能够比较容易地实现，当然使用旧的a.out模式也可以实现库的共享。Linux系统中目前可执行文件的标准格式为ELF格式。

　　.a的是为了支持较老的a.out格式的可执行文件的 
.so的是支持elf格式的可执行文件的库。

　 .a是静态库文件，可以用ar 命令生成。 
.so是动态库文件，编译时加上指定的选项即可生成，具体选项看相应的系统文档了。

二.库的命名规则
    GNU库的使用必须遵守Library GNU Public License(LGPL许可协议)。该协议与GNU许可协议略有不同，开发人员可以免费使用GNU库进行软件开发，但必须保证向用户提供所用的库函数的源代码。

　　系统中可用的库都存放在/usr/lib和/lib目录中。库文件名由前缀lib和库名以及后缀组成。根据库的类型不同，后缀名也不一样。共享库的后缀名由.so和版本号组成，静态库的后缀名为.a。采用旧的a.out格式的共享库的后缀名为.sa。 
libname.so.major.minor 
libname.a

　　这里的name可以是任何字符串，用来唯一标识某个库。该字符串可以是一个单字、几个字符、甚至一个字母。数学共享库的库名为 libm.so.5，这里的标识字符为m，版本号为5。libm.a则是静态数学库。X-Windows库名为libX11.so.6，这里使用X11作 为库的标识，版本号为6。

三。库操作命令

   Linux库操作可以使用命令完成，目前常用的命令是ldd和ldconfig。

   1.ldd 
ldd是Library Dependency Display缩写，它的作用是显示一个可执行程序必须使用的共享库。

$ ldd /usr/bin/mesg 
libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7eaf000) 
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb7feb000)

   2.ldconfig 
库安装到系统以后，为了让动态链接库为系统所认识及共享，就需要运行ldconfig。ldconfig命 令的用途，主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下，搜索出可共享的动态链 接库(格式如lib*.so*)，进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件。缓存文件默认为/etc/ld.so.cache，此文件 保存已排好序的动态链接库名字列表，ldconfig通常在系统启动时运行，而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令。

    （1）命令格式 
ldconfig [选项] [libs]

     （2）主要选项 
-v或--verbose ldconfig将显示正在扫描的目录、搜索到的动态链接库，以及它所创建的连接的名字。

-f CONF 指定动态链接库的配置文件为CONF，系统默认为/etc/ld.so.conf。

-C CACHE 指定生成的缓存文件为CACHE，系统默认的是/etc/ld.so.cache,文件存放已排好序的可共享的动态链接库的列表。

-p或--print-cache 让ldconfig打印出当前缓存文件所保存的所有共享库的名字。

-r ROOT 改变应用程序的根目录为ROOT。

－n ldconfig仅扫描命令行指定的目录，不扫描默认目录(/lib、/usr/lib),也不扫描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目录。

运行没有选项的ldconfig命令时，用于更新高速缓冲文件。这个命令主要用于高速缓冲DNS服务器(Caching DNS Server)。高速缓冲DNS服务器的原理是提供查询的历史记录，并且利用这些记录来提高查询的效率。

当某个查询是第一次被发送到高速缓冲DNS服务器时，高速缓冲DNS服务器就将此查询的整个过程记录下来，在一定的时期内用它来回答所有相同的查询，从而减少整个DNS系统的负担并且提高查询速度。

四。库的升级

Linux系统软件更新很快，新的核心几乎每几个星期就公布一次，其它软件的更新也是非常频繁。多数情况下，盲目跟随潮流的升级并不必要，如果确 实需要新版本的特性时再升级。换句话说，不要为了升级而升级。Linux系统中多数软件都是用共享库来编译的，其中包含了在不同程序之间共享的公用子例 程。

在运行某个程序时，如果看到如下信息：“Incompatible library version．”则表明需要将该库升级到程序所需要的版本。库是向下兼容的，也就是说，用老版本库编译的程序可以在新安装的版本库上运行，反之则不行。

Linux库函数的升级是一项重要的工作，往往与其它软件包的升级有一定关联作用，所以操作前一定要备份文件。下面看一下如何把Glibc 2.2.4.13升级至2.3.2版本，其过程如下:

1.下载.gz压缩文件并解压

在GUN C网站下载的四个.gz压缩文件，解压至一临时目录中: 
cd /usr/caolinux 
tar xzvf glibc-2.3.2.tar.gz 
cd glibc-2.3.2 
tar xzvf ../glibc-linuxthreads-2.3.2.tar.gz 
tar xzvf ../glibc-crypt-2.3.2.tar.gz 
tar xzvf ../glibc-localedata-2.3.2.tar.gz

2.建立库函数的安装目录 
mkdir /usr/higlibc 
cd /usr/higlibc

   3.建立编译目录 
mkdir cao 
cd cao 
./configure --enable-add-ons=linuxthreads,crypt,localedata -prefix=/usr/higlibc

4.编译与安装 
make 
make check 
make install

5.改变数据库的链接 
ln -s /usr/higlibc/lib/ld-linux.so.2 /lib/ld-linux.so.2

然后，修改/etc/ld.so.conf，加入一行/usr/higlibc/lib，执行下面代码： 
ldconfig -v

更新/etc/ld.so.cache的内容，列出每个库的版本号，扫描目录和所要创建及更新的链接。

6.更改GCC设置

cd /usr/lib/gcc-lib 
cp -r i386-redhat-linux higlibc

7.更新符号链接 
cd /usr/higlibc/include 
ln -s /usr/src/linux/include/linux 
ln -s /usr/src/linux/include/asm 
ln -s /usr/X11R6/include/X11

8.测试并完成

五。高级共享库特性
1. soname

共享库的一个非常重要的，也是非常难的概念是 soname——简写共享目标名（short for shared object name）。这是一个为共享库（.so）文件而内嵌在控制数据中的名字。如前面提到的，每一个程序都有一个需要使用的库的清单。这个清单的内容是一系列库 的 soname，如同 ldd 显示的那样，共享库装载器必须找到这个清单。

soname 的关键功能是它提供了兼容性的标准。当要升级系统中的一个库时，并且新库的 soname 和老的库的 soname 一样，用旧库连接生成的程序，使用新的库依然能正常运行。这个特性使得在 Linux 下，升级使用共享库的程序和定位错误变得十分容易。

在 Linux 中，应用程序通过使用 soname，来指定所希望库的版本。库作者也可以通过保留或者改变 soname 来声明，哪些版本是相互兼容的，这使得程序员摆脱了共享库版本冲突问题的困扰。

查看/usr/local/lib 目录，分析 MiniGUI 的共享库文件之间的关系

2. 共享库装载器

当程序被调用的时候，Linux 共享库装载器（也被称为动态连接器）也自动被调用。它的作用是保证程序所需要的所有适当版本的库都被调入内存。共享库装载器名字是 ld.so 或者是 ld-linux.so，这取决于 Linux libc 的版本，它必须使用一点外部交互，才能完成自己的工作。然而它接受在环境变量和配置文件中的配置信息。

文件 /etc/ld.so.conf 定义了标准系统库的路径。共享库装载器把它作为搜索路径。为了改变这个设置，必须以 root 身份运行 ldconfig 工具。这将更新 /etc/ls.so.cache 文件，这个文件其实是装载器内部使用的文件之一。

3. 使用 dlopen

另外一个强大的库函数是 dlopen()。该函数将打开一个新库，并把它装入内存。该函数主要用来加载库中的符号，这些符号在编译的时候是不知道的。比如 Apache Web 服务器利用这个函数在运行过程中加载模块，这为它提供了额外的能力。一个配置文件控制了加载模块的过程。这种机制使得在系统中添加或者删除一个模块时，都 不需要重新编译了。

可以在自己的程序中使用 dlopen()。dlopen() 在 dlfcn.h 中定义，并在 dl 库中实现。它需要两个参数：一个文件名和一个标志。文件名可以是我们学习过的库中的 soname。标志指明是否立刻计算库的依赖性。如果设置为 RTLD_NOW 的话，则立刻计算；如果设置的是 RTLD_LAZY，则在需要的时候才计算。另外，可以指定 RTLD_GLOBAL，它使得那些在以后才加载的库可以获得其中的符号。

当库被装入后，可以把 dlopen() 返回的句柄作为给 dlsym() 的第一个参数，以获得符号在库中的地址。使用这个地址，就可以获得库中特定函数的指针，并且调用装载库中的相应函数。

六、LINUX下动态链接库的使用 
重要的dlfcn.h头文件 
LINUX下使用动态链接库，源程序需要包含dlfcn.h头文件，此文件定义了调用动态链接库的函数的原型。

下面详细说明一下这些函数。 
1。 dlerror 
原型为: const char *dlerror(void); 
当动态链接库操作函数执行失败时，dlerror可以返回出错信息，返回值为NULL时表示操作函数执行成功。 
2。 dlopen 
原型为: void *dlopen (const char *filename, int flag); 
dlopen用于打开指定名字(filename)的动态链接库，并返回操作句柄。 
filename: 如果名字不以/开头，则非绝对路径名，将按下列先后顺序查找该文件。 
(1) 用户环境变量中的LD_LIBRARY值； 
(2) 动态链接缓冲文件/etc/ld.so.cache 
(3) 目录/lib，/usr/lib 
flag表示在什么时候解决未定义的符号(调用)。取值有两个: 
1) RTLD_LAZY : 表明在动态链接库的函数代码执行时解决。 
2) RTLD_NOW : 表明在dlopen返回前就解决所有未定义的符号，一旦未解决，dlopen将返回错误。 
dlopen调用失败时，将返回NULL值，否则返回的是操作句柄。 
3。 dlsym : 取函数执行地址 
原型为: void *dlsym(void *handle, char *symbol); 
dlsym根据动态链接库操作句柄(handle)与符号(symbol)，返回符号对应的函数的执行代码地址。由此地址，可以带参数执行相应的函数。 
如程序代码: void (*add)(int x,int y); /* 说明一下要调用的动态函数add */ 
add=dlsym("xxx.so","add"); /* 打开xxx.so共享库,取add函数地址 */ 
add(89,369); /* 带两个参数89和369调用add函数 */ 
4。 dlclose : 关闭动态链接库 
原型为: int dlclose (void *handle); 
dlclose用于关闭指定句柄的动态链接库，只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。

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