Linux動態共享庫 ——練習

對大多數不從事Linux平臺C語言開發的人來說，GNU gcc的一套工具和Linux平臺的共享庫的使用還是十分陌生的，其實我也不太熟悉，姑且寫點基礎知識，權當做備忘吧。 

一、GNU gcc的編譯工具用法 

我們先來寫一個簡單的C程序：hello.c 

#include <stdio.h>

void print_hello() {
  printf("Hello World\n");
}

int main(int argc, char argv[]) {
  print_hello();
  return 0;
}

定義了一個print_hello函數，調用main函數打印Hello World。 

如何編譯它呢？ 

gcc -o hello -O2 hello.c

-o參數指定生成的可執行程序的文件名， -O2是優化級別。該命令會編譯生成hello可執行程序，看看這個文件：ls -l hello 

-rwxr-xr-x  1 robbin users 11939 2008-11-02 13:48 hello

有11KB大小。 

看看他鏈接了哪些系統動態鏈接庫，用ldd命令： 

ldd hello

輸出信息爲： 

libc.so.6 => /lib64/tls/libc.so.6 (0x0000002a9566d000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000002a95556000)

libc是C語言標準函數庫，ld是動態鏈接器。 

接着我們看看hello這個程序裏面有哪些符號，用nm命令： 

nm hello

輸出： 

00000000005008f8 A __bss_start
000000000040043c t call_gmon_start
......
00000000004004f0 T main
0000000000500658 d p.0
00000000004004e0 T print_hello
                 U puts@@GLIBC_2.2.5
0000000000400410 T _start

中間省略了一些，不過我們還是可以在符號表裏面找到函數定義。 

hello有11KB，體積偏大，去處符號表可以給它瘦身，我們用strip命令： 

strip hello

然後再ls -l hello，輸出爲： 

-rwxr-xr-x  1 webuser users 4464 2008-11-02 13:56 hello

只有4.4KB了，瘦身效果明顯！ 不過這次符號表再也看不到了，nm hello，輸出爲：nm: hello: no symbols。 

最後如果我們想從可執行程序裏面提取出來一點什麼文本信息的話，還可以用strings命令： 

strings hello

輸出信息爲： 

/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
SuSE
libc.so.6
puts
__libc_start_main
__gmon_start__
GLIBC_2.2.5
t fff
Hello World

友情提醒一下，如果你用Java寫一個HelloWorld.java，編譯以後你也可以用strings窺探一番。 

二、動態共享庫怎麼使用 

這次我們把hello.c拆開成爲兩個文件：hello.c和main.c。hello.c的代碼是： 

#include <stdio.h>

void print_hello() {
  printf("Hello World\n");
}

而main.c的代碼是： 

int main(int argc, char argv[]) {
  print_hello();
  return 0;
}

hello.c是我們的動態共享庫，在hello.c裏面我們聲明和實現了各種公用的函數，最後main.c可以去調用這些公用函數。首先我們要把hello.c編譯成爲動態共享庫： 

gcc -o libhello.so -O2 -fPIC -shared hello.c

-fPIC參數聲明鏈接庫的代碼段是可以共享的，-shared參數聲明編譯爲共享庫。請注意這次我們編譯的共享庫的名字叫做libhello.so，這也是Linux共享庫的一個命名的慣例了：後綴使用so，而名稱使用libxxxx格式。 

然後編譯main.c的時候，我們需要更多的參數讓gcc知道如何尋找共享庫： 

gcc -o main -O2 -L. -lhello main.c

-L參數指定到哪個附加路徑下面去尋找共享庫，現在我們指定在當前目錄下面尋找； 
-l參數指定鏈接到哪個共享庫上面，我們傳的參數hello，那麼gcc就會自動鏈接到libhello.so這個共享庫上面(注意我們上面說的libXXXX.so命名規則)； 
-I參數指定到哪個附加路徑下面去尋找h文件，這個我們沒有使用。 

最後我們成功編譯好了main，執行一下，報錯： 

引用

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

找不到libhello.so這個共享庫，怎麼回事？這是因爲libhello.so並不在操作系統默認的共享庫的路徑下面，我們可以臨時指定一下鏈接路徑： 

export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

這樣就成功了。我們用ldd main看一下： 

libhello.so => ./libhello.so (0x0000002a9566d000)
libc.so.6 => /lib64/tls/libc.so.6 (0x0000002a9576e000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000002a95556000)

這次main程序鏈接到了libhello.so這個共享庫上面。 

三、關於Linux的動態共享庫的設置 

可執行程序找不到要鏈接的動態共享庫，這是Linux上面編譯和運行程序很容易碰到的問題，通過上面的小例子，我們已經大致瞭解共享庫的一點基本原理，接下來我們要探討一下怎麼設置程序尋找動態共享庫的行爲。 

Linux操作系統上面的動態共享庫大致分爲三類： 

1、操作系統級別的共享庫和基礎的系統工具庫 

比方說libc.so, libz.so, libpthread.so等等，這些系統庫會被放在/lib和/usr/lib目錄下面，如果是64位操作系統，還會有/lib64和/usr/lib64目錄。如果操作系統帶有圖形界面，那麼還會有/usr/X11R6/lib目錄，如果是64位操作系統，還有/usr/X11R6/lib64目錄。此外還可能有其他特定Linux版本的系統庫目錄。 

這些系統庫文件的完整和版本的正確，確保了Linux上面各種程序能夠正常的運行。 

2、應用程序級別的系統共享庫 

並非操作系統自帶，但是可能被很多應用程序所共享的庫，一般會被放在/usr/local/lib和/usr/local/lib64這兩個目錄下面。很多你自行編譯安裝的程序都會在編譯的時候自動把/usr/local/lib加入gcc的-L參數，而在運行的時候自動到/usr/local/lib下面去尋找共享庫。 

以上兩類的動態共享庫，應用程序會自動尋找到他們，並不需要你額外的設置和擔心。這是爲什麼呢？ 因爲以上這些目錄默認就被加入到動態鏈接程序的搜索路徑裏面了。Linux的系統共享庫搜索路徑定義在/etc/ld.so.conf這個配置文件裏面。這個文件的內容格式大致如下： 

/usr/X11R6/lib64
/usr/X11R6/lib
/usr/local/lib
/lib64
/lib
/usr/lib64
/usr/lib
/usr/local/lib64
/usr/local/ImageMagick/lib

假設我們自己編譯安裝的ImageMagick圖形庫在/usr/local/ImageMagick目錄下面，並且希望其他應用程序都可以使用ImageMagick的動態共享庫，那麼我們只需要把/usr/local/ImageMagick/lib目錄加入/etc/ld.so.conf文件裏面，然後執行：ldconfig 命令即可。 

ldcofig將搜索以上所有的目錄，爲共享庫建立一個緩存文件/etc/ld.so.cache。爲了確認ldconfig已經搜索到ImageMagick的庫，我們可以用上面介紹的strings命令從ld.so.cache裏面抽取文本信息來檢查一下： 

strings /etc/ld.so.cache | grep ImageMagick

輸出結果爲： 

/usr/local/ImageMagick/lib/libWand.so.10
/usr/local/ImageMagick/lib/libWand.so
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick.so.10
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick.so
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick++.so.10
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick++.so

已經成功了！ 

3、應用程序獨享的動態共享庫 

有很多共享庫只被特定的應用程序使用，那麼就沒有必要加入系統庫路徑，以免應用程序的共享庫之間發生版本衝突。因此Linux還可以通過設置環境變量LD_LIBRARY_PATH來臨時指定應用程序的共享庫搜索路徑，就像我們上面舉的那個例子一樣，我們可以在應用程序的啓動腳本里面預先設置LD_LIBRARY_PATH，指定本應用程序附加的共享庫搜索路徑，從而讓應用程序找到它。

===============鏈接庫的位置==================

編譯測試文件test.c: 
　　# gcc -o test test.c /home/program/libmyfunction.so 
　　成功編譯後，生成test文件，運行test： 
　　# ./test 
　　其中，gcc -o test test.c/home/program/libmyfunction.so的最後一個參數指定所鏈接庫文件的絕對路徑。本例中庫文件的絕對路徑爲：/home/program/libmyfunction.so。 
　　當然，如果想從系統的庫文件路徑（通常系統函數庫的位於/usr/lib下）鏈接動態庫的話，可以先將生成的庫文件拷貝至/usr/lib/下，然後再鏈接： 
　　# cp libmyfunction.so /usr/lib/ 
　　# gcc -o test test.c -lmyfunction 
　　# ./test 
　　這裏，對於鏈接的方法作一下解釋。對於gcc -o test test.c-lmyfunction中最後一個參數-lmyfunction, 可見傳給C編譯器的命令行參數並未提到函數庫的完整路徑名，甚至沒有提到在函數庫目錄中該文件的完整名字！實際上，編譯器被告知根據選項-lmyfunction鏈接到相應的函數庫(/usr/lib下)，函數庫的名字是libmyfunction.so, 也就是說，"lib"部分和文件的擴展名被省略了，但在前面加了一個l。