Linux和Unix静态库和动态库
时间：2010-05-18 来源：lzn_sc
Linux和Unix静态库和动态库：
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。
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。
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。
使用gcc编译器就可以将库与自己开发的程序连接起来，例如：libc.so.5中包含了标准的输入输出函数，当连接程序进行目标代 码连接时会自动搜索该程序并将其连接到生成的可执行文件中。标准的输入输出库中包含了许多基本的输入输出函数，如printf函数等。也可以连接其它的一 些系统函数库，如数学库等，但与libc.so.5不同，大部分其它的系统库需要在命令行中显式指定所用的库名。
在 /usr/lib和/lib目录中可以找到绝大多数的共享库。连接时将首先搜索这两个目录。有一些库也可能存放在特定的目录中，在 /etc/ld.conf配置文件中给出了这些目录的列表。连接程序也会对列出的这些目录进行搜索。在默认情况下，Linux将首先搜索指定库的共享版 本，如果找不到，才会去搜索静态版本。在对共享库进行更新或安装新库后，必须运行ldconfig命令更新/etc/ld.conf文件中相应的项(如果 使用RPM进行安装，一般会自动进行更新，不过也不能保证这一点)。
在gcc编译器中引用可搜索到的目录中的库文件时，需要使用 -l选项和库名。在gcc命令行上输入-lm可以在程序中连接标准算术库，-l将首先使用libname.so进行搜索，这里是libm.so。下面的例 子将使用算术库创建bookrecs程序，请注意这里的-lm选项。
$ gcc main.c io.c -o bookrecs -lm
系统中还有一些其它可用的库，常用的是libncurses.a库，包含了一些简单的鼠标移动例程。在命令行中使用-lncurses选项引用libncurses.so库。下面的例子同时调用了数学和光标库。
$ gcc mian.c io.c -o bookrecs -lm -lncurses
在引用其它目录中的库时，需要使用-ldir选项指定该目录。该选项指定了搜索库函数时其它路径。在下面的例子中，用户在连接时使用了mydir目录中的myio.so库文件。
$ gcc main.c -o bookrecs -lmydir -lmyio
.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。
静态库是指编译连接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，所以生成的文件较大， 但运行时，就不再需要库文件了。动态库正好相反，在编译连接时，没有把库文件的代码加入到可执行文件中，所以生成的文件较小，但运行时，仍需要加载库文件
.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。。。。
IBM AIX下如下：
$(CC) $(SHOPT) $(SHLIBS) a.o b.o -o lib$@$(DBBUILDTAIL)
假设你有test1.c test2.c test3.c , 编写成动态链接库
1. 先编译成test1.o test2.o test3.o
2. gcc -shared -W1, -soname,libvTest.so.1 -o libvTest.so.1.0 *.o
上图，明显的显示出对同一主程序代码，使用静态库和动态库，创建的执行程序的不同，尤其
是程序大小。对使用动态库的程序，程序启动后，相关的动态库的目标代码加载到系统内存，而
且可以被其他使用此动态库的执行程序共享使用。这样，在给定的时间，统一动态库的代码在系
统中只有一份拷贝，所有使用此动态库的程序可共享这一拷贝。动态链接的使用可以节省系统
内存的使用，对一些比较复杂的应用作用比较明显，另外，执行程序代码的减小，也可以节省磁
盘空间。
＃＃＃＃＃＃＃创建和使用静态库＃＃＃＃＃＃＃＃＃
详细的使用情况，请大家man手册，这里只介绍一下。静态库相对的比较简单。
创建一个静态库是相当简单的。通常使用 ar 程序把一些目标文件（.o）组合在一起，
成为一个单独的库，然后运行 ranlib，以给库加入一些索引信息。
＃＃＃＃＃＃＃＃创建和使用共享库＃＃＃＃＃＃＃＃＃
特殊的编译和连接选项
-D_REENTRANT 使得预处理器符号 _REENTRANT 被定义，这个符号激活一些宏特性。
-fPIC 选项产生位置独立的代码。由于库是在运行的时候被调入，因此这个
选项是必需的，因为在编译的时候，装入内存的地址还不知道。如果
不使用这个选项，库文件可能不会正确运行。
-shared 选项告诉编译器产生共享库代码。
-Wl,-soname -Wl 告诉编译器将后面的参数传递到连接器。而 -soname 指定了
共享库的 soname。
＃ 可以把库文件拷贝到 /etc/ld.so.conf 中列举出的任何目录中，并以
root 身份运行 ldconfig；或者
＃ 运行 export LD_LIBRARY_PATH='pwd'，它把当前路径加到库搜索路径中去。
＃＃＃＃＃＃＃使用高级共享库特性＃＃＃＃＃＃＃＃＃
1. ldd 工具
ldd 用来显示执行文件需要哪些共享库, 共享库装载管理器在哪里找到了需要的共享库.
2. 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
3. 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。
可以使用许多环境变量控制共享库装载器的操作（表1-4+）。
表 1-4+ 共享库装载器环境变量
变量 含义
LD_AOUT_LIBRARY_PATH 除了不使用 a.out 二进制格式外，与 LD_LIBRARY_PATH 相同。
LD_AOUT_PRELOAD 除了不使用 a.out 二进制格式外，与 LD_PRELOAD 相同。
LD_KEEPDIR 只适用于 a.out 库；忽略由它们指定的目录。
LD_LIBRARY_PATH 将其他目录加入库搜索路径。它的内容应该是由冒号
分隔的目录列表，与可执行文件的 PATH 变量具有相同的格式。
如果调用设置用户 ID 或者进程 ID 的程序，该变量被忽略。
LD_NOWARN 只适用于 a.out 库；当改变版本号是，发出警告信息。
LD_PRELOAD 首先装入用户定义的库，使得它们有机会覆盖或者重新定义标准库。
使用空格分开多个入口。对于设置用户 ID 或者进程 ID 的程序，
只有被标记过的库才被首先装入。在 /etc/ld.so.perload 中指定
了全局版本号，该文件不遵守这个限制。
4. 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。
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。
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。
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。
使用gcc编译器就可以将库与自己开发的程序连接起来，例如：libc.so.5中包含了标准的输入输出函数，当连接程序进行目标代 码连接时会自动搜索该程序并将其连接到生成的可执行文件中。标准的输入输出库中包含了许多基本的输入输出函数，如printf函数等。也可以连接其它的一 些系统函数库，如数学库等，但与libc.so.5不同，大部分其它的系统库需要在命令行中显式指定所用的库名。
在 /usr/lib和/lib目录中可以找到绝大多数的共享库。连接时将首先搜索这两个目录。有一些库也可能存放在特定的目录中，在 /etc/ld.conf配置文件中给出了这些目录的列表。连接程序也会对列出的这些目录进行搜索。在默认情况下，Linux将首先搜索指定库的共享版 本，如果找不到，才会去搜索静态版本。在对共享库进行更新或安装新库后，必须运行ldconfig命令更新/etc/ld.conf文件中相应的项(如果 使用RPM进行安装，一般会自动进行更新，不过也不能保证这一点)。
在gcc编译器中引用可搜索到的目录中的库文件时，需要使用 -l选项和库名。在gcc命令行上输入-lm可以在程序中连接标准算术库，-l将首先使用libname.so进行搜索，这里是libm.so。下面的例 子将使用算术库创建bookrecs程序，请注意这里的-lm选项。
$ gcc main.c io.c -o bookrecs -lm
系统中还有一些其它可用的库，常用的是libncurses.a库，包含了一些简单的鼠标移动例程。在命令行中使用-lncurses选项引用libncurses.so库。下面的例子同时调用了数学和光标库。
$ gcc mian.c io.c -o bookrecs -lm -lncurses
在引用其它目录中的库时，需要使用-ldir选项指定该目录。该选项指定了搜索库函数时其它路径。在下面的例子中，用户在连接时使用了mydir目录中的myio.so库文件。
$ gcc main.c -o bookrecs -lmydir -lmyio
.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。
静态库是指编译连接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，所以生成的文件较大， 但运行时，就不再需要库文件了。动态库正好相反，在编译连接时，没有把库文件的代码加入到可执行文件中，所以生成的文件较小，但运行时，仍需要加载库文件
.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。。。。
IBM AIX下如下：
$(CC) $(SHOPT) $(SHLIBS) a.o b.o -o lib$@$(DBBUILDTAIL)
假设你有test1.c test2.c test3.c , 编写成动态链接库
1. 先编译成test1.o test2.o test3.o
2. gcc -shared -W1, -soname,libvTest.so.1 -o libvTest.so.1.0 *.o
上图，明显的显示出对同一主程序代码，使用静态库和动态库，创建的执行程序的不同，尤其
是程序大小。对使用动态库的程序，程序启动后，相关的动态库的目标代码加载到系统内存，而
且可以被其他使用此动态库的执行程序共享使用。这样，在给定的时间，统一动态库的代码在系
统中只有一份拷贝，所有使用此动态库的程序可共享这一拷贝。动态链接的使用可以节省系统
内存的使用，对一些比较复杂的应用作用比较明显，另外，执行程序代码的减小，也可以节省磁
盘空间。
＃＃＃＃＃＃＃创建和使用静态库＃＃＃＃＃＃＃＃＃
详细的使用情况，请大家man手册，这里只介绍一下。静态库相对的比较简单。
创建一个静态库是相当简单的。通常使用 ar 程序把一些目标文件（.o）组合在一起，
成为一个单独的库，然后运行 ranlib，以给库加入一些索引信息。
＃＃＃＃＃＃＃＃创建和使用共享库＃＃＃＃＃＃＃＃＃
特殊的编译和连接选项
-D_REENTRANT 使得预处理器符号 _REENTRANT 被定义，这个符号激活一些宏特性。
-fPIC 选项产生位置独立的代码。由于库是在运行的时候被调入，因此这个
选项是必需的，因为在编译的时候，装入内存的地址还不知道。如果
不使用这个选项，库文件可能不会正确运行。
-shared 选项告诉编译器产生共享库代码。
-Wl,-soname -Wl 告诉编译器将后面的参数传递到连接器。而 -soname 指定了
共享库的 soname。
＃ 可以把库文件拷贝到 /etc/ld.so.conf 中列举出的任何目录中，并以
root 身份运行 ldconfig；或者
＃ 运行 export LD_LIBRARY_PATH='pwd'，它把当前路径加到库搜索路径中去。
＃＃＃＃＃＃＃使用高级共享库特性＃＃＃＃＃＃＃＃＃
1. ldd 工具
ldd 用来显示执行文件需要哪些共享库, 共享库装载管理器在哪里找到了需要的共享库.
2. 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
3. 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。
可以使用许多环境变量控制共享库装载器的操作（表1-4+）。
表 1-4+ 共享库装载器环境变量
变量 含义
LD_AOUT_LIBRARY_PATH 除了不使用 a.out 二进制格式外，与 LD_LIBRARY_PATH 相同。
LD_AOUT_PRELOAD 除了不使用 a.out 二进制格式外，与 LD_PRELOAD 相同。
LD_KEEPDIR 只适用于 a.out 库；忽略由它们指定的目录。
LD_LIBRARY_PATH 将其他目录加入库搜索路径。它的内容应该是由冒号
分隔的目录列表，与可执行文件的 PATH 变量具有相同的格式。
如果调用设置用户 ID 或者进程 ID 的程序，该变量被忽略。
LD_NOWARN 只适用于 a.out 库；当改变版本号是，发出警告信息。
LD_PRELOAD 首先装入用户定义的库，使得它们有机会覆盖或者重新定义标准库。
使用空格分开多个入口。对于设置用户 ID 或者进程 ID 的程序，
只有被标记过的库才被首先装入。在 /etc/ld.so.perload 中指定
了全局版本号，该文件不遵守这个限制。
4. 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。
相关阅读 更多 +
