編譯動態鏈接庫.so和靜態鏈接庫.a

名詞介紹

---

1. 靜態函數庫
   這類庫的名字一般是libxxx.a；利用靜態函數庫編譯成的文件比較大，因爲整個 函數庫的所有數據都會被整合進目標代碼中，他的優點就顯而易見了，即編譯後的執行程序不需要外部的函數庫支持，因爲所有使用的函數都已經被編譯進去了。當然這也會成爲他的缺點，因爲如果靜態函數庫改變了，那麼你的程序必須重新編譯。

2. 動態函數庫
   這類庫的名字一般是libxxx.so;相對於靜態函數庫，動態函數庫在編譯的時候 並沒有被編譯進目標代碼中，你的程序執行到相關函數時才調用該函數庫裏的相應函數，因此動態函數庫所產生的可執行文件比較小。由於函數庫沒有被整合進你的程序，而是程序運行時動態的申請並調用，所以程序的運行環境中必須提供相應的庫。動態函數庫的改變並不影響你的程序，所以動態函數庫的升級比較方便。
   linux系統有幾個重要的目錄存放相應的函數庫，如/lib /usr/lib

靜態庫在程序編譯時會被連接到目標代碼中，程序運行時將不再需要該靜態庫。

動態庫在程序編譯時並不會被連接到目標代碼中，而是在程序運行是才被載入，因此在程序運行時還需要動態庫存在。

本文主要通過舉例來說明在Linux中如何創建靜態庫和動態庫，以及使用它們。

創建源文件

---

在創建函數庫前，我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。

編輯以下幾個文件

hello.c

#include<stdio.h>
void hello(const char *name){
    printf("Hello %s!\n",name);
}

hello.h

#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H

void hello(const char *name);

#endif

main.c

#include<hello.h>
int main(){
    hello("Kevin");
    return 0;
}

編譯和使用靜態鏈接庫.a

---

1. 生成.o目標文件
   gcc -c hello.c

2. 生成.a靜態鏈接庫文件（打包成一個壓縮包，壓縮包裏面就是hello.o）
   ar cr libmyhello.a hello.o
   注：ar是用來創建，修改，和解壓歸檔；c是ar的參數，表示創建一個歸檔；r是ar的參數，表示插入文件到歸檔裏面。所以最終創建了libmyhello.o的歸檔，並往裏面插入hello.o

3. 使用靜態鏈接庫
   gcc -o hello main.c -static -L. -lmyhello
   注：-o 輸出文件名
   -static 表示鏈接靜態鏈接庫。如果不使用該參數，而-L指定的目錄下同時擁有靜態鏈接庫和動態鏈接庫，gcc會默認使用動態鏈接庫。如果只有靜態鏈接庫，則會使用靜態鏈接庫。
   -L 表示添加一個目錄到目錄列表，使得可以被-l用來搜索。
   -l libary，當鏈接時，查找該library。

本質上，靜態鏈接庫就是.o文件的集合

編譯和使用動態鏈接庫.so

---

1. 編譯動態鏈接庫.so
   gcc -shared -fPIC -o libmyhello.so hello.c

注：-shared 表示生成共享庫（也就是動態鏈接庫）
-fPIC 作用於編譯階段，告訴編譯器產生與位置無關代碼(Position-Independent Code)，則產生的代碼中，沒有絕對地址，全部使用相對地址，故而代碼可以被加載器加載到內存的任意位置，都可以正確的執行。這正是共享庫所要求的。共享庫被加載時，在內存的位置不是固定的。
PIC就是position independent code PIC使.so文件的代碼段變爲真正意義上的共享
如果不加-fPIC,則加載.so文件的代碼段時,代碼段引用的數據對象需要重定位,
重定位會修改代碼段的內容,這就造成每個使用這個.so文件代碼段的進程在內核裏都會生成這個.so文件代碼段的copy.每個copy都不一樣,取決於這個.so文件代碼段和數據段內存映射的位置.
不加fPIC編譯出來的so,是要再加載時根據加載到的位置再次重定位的.(因爲它裏面的代碼並不是位置無關代碼)
如果被多個應用程序共同使用,那麼它們必須每個程序維護一份so的代碼副本了.(因爲so被每個程序加載的位置都不同,顯然這些重定位後的代碼也不同,當然不能共享)
-fPIC 的使用，會生成 PIC 代碼，.so 要求爲 PIC，以達到動態鏈接的目的，否則，無法實現動態鏈接。 non-PIC 與 PIC 代碼的區別主要在於 access global data, jump label 的不同。 比如一條 access global data
的指令， non-PIC 的形勢是：ld r3, var1 PIC的形式則是：ld r3, var1-offset@GOT,意思是從
GOT 表的 index 爲 var1-offset 的地方處 指示的地址處裝載一個值,即var1-offset@GOT處的4個 byte
其實就是 var1 的地址。這個地址只有在運行的時候才知道，是由 dynamic-loader(ld-linux.so) 填進去的。 再比如
jump label 指令 non-PIC 的形勢是：jump printf ，意思是調用 printf。 PIC 的形式則是：jump
printf-offset@GOT, 意思是跳到 GOT 表的 index 爲 printf-offset 的地方處指示的地址去執行，
這個地址處的代碼擺放在 .plt section，
每個外部函數對應一段這樣的代碼，其功能是呼叫dynamic-loader(ld-linux.so) 來查找函數的地址(本例中是 printf)，然後將其地址寫到 GOT 表的 index 爲 printf-offset 的地方， 同時執行這個函數。這樣，第2次呼叫printf 的時候，就會直接跳到 printf 的地址，而不必再查找了。 GOT 是 data section, 是一個 table,除專用的幾個 entry，每個 entry 的內容可以再執行的時候修改； PLT 是 text section, 是一段一段的
code，執行中不需要修改。 每個 target 實現 PIC 的機制不同，但大同小異。比如 MIPS 沒有 .plt, 而是叫
.stub，功能和 .plt 一樣。 可見，動態鏈接執行很複雜，比靜態鏈接執行時間長;但是，極大的節省了 size，PIC和動態鏈接技術是計算機發展史上非常重要的一個里程碑。

1. 使用動態鏈接庫

# gcc -o main main.c -L. -lmyhello
# ./main
# ./main: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

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複製到目錄/usr/lib中，再試試。(使用”-lmyhello”標記來告訴GCC驅動程序在連接階段引用共享函數庫libmyhello.so。”-L.”標記告訴GCC函數庫可能位於當前目錄。否則GNU連接器會查找標準系統函數目錄:它先後搜索1.elf文件的 DT_RPATH段—2.環境變量LD_LIBRARY_PATH—3./etc/ld.so.cache文件列表—4./lib/,/usr/lib目錄找到庫文件後將其載入內存,但是我們生成的共享庫在當前文件夾下，並沒有加到上述的4個路徑的任何一箇中，因此，執行後會出現錯誤）

# mv libmyhello.so /usr/lib
# ./main
# Hello Kevin!

沒有報錯，運行成功。

把/usr/lib/libmyhello.so刪除。

第二種方法：
既然連接器會搜尋LD_LIBRARY_PATH所指定的目錄，那麼我們可以將這個環境變量設置成當前目錄：

先執行：

export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)

再執行：

./main

成功！

第三種方法，就是使用ldconfig
注: 當用戶在某個目錄下面創建或拷貝了一個動態鏈接庫,若想使其被系統共享,可以執行一下”ldconfig 目錄名”這個命令.此命令的功能在於讓ldconfig將指定目錄下的動態鏈接庫被系統共享起來,意即:在緩存文件/etc/ld.so.cache中追加進指定目錄下的共享庫.本例讓系統共享了/home/kevin/clib目錄下的動態鏈接庫.該命令會重建/etc/ld.so.cache文件

# ldconfig /home/kevin/clib
# ./main
# Hello Kevin!

運行成功

可以查看程序執行時調用動態庫的過程：

# ldd main
linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff88dcf000)
libmyhello.so => /usr/lib/libmyhello.so (0x00007f9104ed6000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f9104b11000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f9105100000)

靜態庫鏈接時搜索路徑順序：

1. ld會去找GCC命令中的參數-L

2. 再找gcc的環境變量LIBRARY_PATH

3. 再找內定目錄 /lib /usr/lib /usr/local/lib 這是當初compile gcc時寫在程序內的

動態鏈接時、執行時搜索路徑順序:

1. 編譯目標代碼時指定的動態庫搜索路徑；

2. 環境變量LD_LIBRARY_PATH指定的動態庫搜索路徑；

3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的動態庫搜索路徑；

4. 默認的動態庫搜索路徑/lib；

5. 默認的動態庫搜索路徑/usr/lib。

有關環境變量：

LIBRARY_PATH環境變量：指定程序靜態鏈接庫文件搜索路徑

LD_LIBRARY_PATH環境變量：指定程序動態鏈接庫文件搜索路徑

參考：http://www.cnblogs.com/laojie4321/archive/2012/03/28/2421056.html