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            tqsheng

            go.....
            隨筆 - 366, 文章 - 18, 評(píng)論 - 101, 引用 - 0
            數(shù)據(jù)加載中……

            Linux下靜態(tài)庫_庫的基本概念;如何生成靜態(tài)庫動(dòng)態(tài)庫;nm查看庫中包含那些函數(shù)、ar生成靜態(tài)庫,查看庫中包含那些.o文件、ldd查看程序依賴的.so文件;gcc/g++與庫相關(guān)的參數(shù)-L,-l,-fPIC,-shared;靜態(tài)庫鏈接時(shí)搜索過程;動(dòng)態(tài)庫鏈接時(shí),加載時(shí)搜索的過程;動(dòng)態(tài)庫找不到的問題;動(dòng)態(tài)庫升級(jí)步驟

            Linux下靜態(tài)庫_庫的基本概念;如何生成靜態(tài)庫動(dòng)態(tài)庫;nm查看庫中包含那些函數(shù)、ar生成靜態(tài)庫,查看庫中包含那些.o文件、ldd查看程序依賴的.so文件;gcc/g++與庫相關(guān)的參數(shù)-L,-l,-fPIC,-shared;靜態(tài)庫鏈接時(shí)搜索過程;動(dòng)態(tài)庫鏈接時(shí),加載時(shí)搜索的過程;動(dòng)態(tài)庫找不到的問題;動(dòng)態(tài)庫升級(jí)步驟

            2010-11-23 10:47:45| 分類: Linux系統(tǒng)編程 | 標(biāo)簽: |字號(hào) 訂閱

            一、基本概念

            1.1、什么是庫

            在 windows 平臺(tái)和 linux 平臺(tái)下都大量存在著庫。

            本質(zhì)上來說庫是 一種可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制形式,可以被操作系統(tǒng)載入內(nèi)存執(zhí)行

            由于 windows 和 linux 的平臺(tái)不同(主要是編譯器、匯編器和連接器 的不同),因此二者庫的二進(jìn)制是不兼容的。

            本文僅限于介紹 linux 下的庫。

             

            1.2、 庫的種類

            linux 下的庫有兩種:靜態(tài)庫和共享庫(動(dòng)態(tài)庫)。

            二者的不同點(diǎn)在于代碼被載入的時(shí)刻不同。

            靜態(tài)庫的代碼在編譯過程中已經(jīng)被載入可執(zhí)行程序,因此體積較大。

            靜態(tài)用.a為后綴, 例如: libhello.a

            共享庫(動(dòng)態(tài)庫)的代碼是在可執(zhí)行程序運(yùn)行時(shí)才載入內(nèi)存的,在編譯過程中僅簡單的引用,因此代碼體積較小。

            動(dòng)態(tài)通常用.so為后綴, 例如:libhello.so

            共享庫(動(dòng)態(tài)庫)的好處是,不同的應(yīng)用程序如果調(diào)用相同的庫,那么在內(nèi)存里只需要有一份該共享庫的實(shí)例。

            為了在同一系統(tǒng)中使用不同版本的庫,可以在庫文件名后加上版本號(hào)為后綴,例如: libhello.so.1.0,由于程序連接默認(rèn)以.so為文件后綴名。所以為了使用這些庫,通常使用建立符號(hào)連接的方式。

            ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1 ln -s libhello.so.1 libhello.so

            1.3、靜態(tài)庫,動(dòng)態(tài)庫文件在linux下是如何生成的:
            以下面的代碼為例,生成上面用到的hello庫:
            /* hello.c */  
            #include "hello.h"  
            void sayhello()  
            {      
                printf("hello,world ");  
            }

            首先用gcc編繹該文件,在編繹時(shí)可以使用任何合法的編繹參數(shù),例如-g加入調(diào)試代碼等:

            $gcc -c hello.c -o hello.o

            1、生成靜態(tài)庫 生成靜態(tài)庫使用ar工具,其實(shí)ar是archive的意思

            $ar cqs libhello.a hello.o

            2、生成動(dòng)態(tài)庫 用gcc來完成,由于可能存在多個(gè)版本,因此通常指定版本號(hào):

            $gcc -shared -o libhello.so.1.0 hello.o
             
            1.4、庫文件是如何命名的,有沒有什么規(guī)范: 
            在 linux 下,庫文件一般放在/usr/lib和/lib下, 
            靜態(tài)庫的名字一般為libxxxx.a,其中 xxxx 是該lib的名稱;
            動(dòng)態(tài)庫的名字一般為libxxxx.so.major.minor,xxxx 是該lib的名稱,major是主版本號(hào),minor是副版本號(hào) 
             
            1.5、可執(zhí)行程序在執(zhí)行的時(shí)候如何定位共享庫(動(dòng)態(tài)庫)文件 :
                當(dāng)系統(tǒng)加載可執(zhí)行代碼(即庫文件)的時(shí)候,能夠知道其所依賴的庫的名字,但是還需要知道絕對(duì)路徑,此時(shí)就需要系統(tǒng)動(dòng)態(tài)載入器 (dynamic linker/loader) 
                對(duì)于 elf 格式的可執(zhí)行程序,是由 ld-linux.so* 來完成的,它先后搜索 elf 文件的 DT_RPATH 段—環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache 文件列表— /lib/,/usr/lib 目錄找到庫文件后將其載入內(nèi)存
                如: export LD_LIBRARY_PATH=’pwd’ 
            將當(dāng)前文件目錄添加為共享目錄
             
            1.6、使用ldd工具,查看可執(zhí)行程序依賴那些動(dòng)態(tài)庫或著動(dòng)態(tài)庫依賴于那些動(dòng)態(tài)庫
               ldd 命令可以查看一個(gè)可執(zhí)行程序依賴的共享庫, 
                例如 # ldd /bin/lnlibc.so.6 
                    => /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2 
                    => /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000) 
                可以看到 ln 命令依賴于 libc 庫和 ld-linux 庫 
             
            1.7、使用nm工具,查看靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫中有那些函數(shù)名(T類表示函數(shù)是當(dāng)前庫中定義的,U類表示函數(shù)是被調(diào)用的,在其它庫中定義的,W類是當(dāng)前庫中定義,被其它庫中的函數(shù)覆蓋)。
                有時(shí)候可能需要查看一個(gè)庫中到底有哪些函數(shù),nm工具可以打印出庫中的涉及到的所有符號(hào),這里的庫既可以是靜態(tài)的也可以是動(dòng)態(tài)的。

            nm列出的符號(hào)有很多, 常見的有三種::

            一種是在庫中被調(diào)用,但并沒有在庫中定義(表明需要其他庫支持),用U表示;

            一種是在庫中定義的函數(shù),用T表示,這是最常見的;

            另外一種是所 謂的“弱態(tài)”符號(hào),它們雖然在庫中被定義,但是可能被其他庫中的同名符號(hào)覆蓋,用W表示。

            例如,假設(shè)開發(fā)者希望知道上文提到的hello庫中是否引用了 printf():

                $nm libhello.so | grep printf 

            發(fā)現(xiàn)printf是U類符號(hào),說明printf被引用,但是并沒有在庫中定義。

            由此可以推斷,要正常使用hello庫,必須有其它庫支持,使用ldd工具查看hello依賴于哪些庫:

            $ldd hello libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000) /lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

            從上面的結(jié)果可以繼續(xù)查看printf最終在哪里被定義,有興趣可以go on

            1.8、使用ar工具,可以生成靜態(tài)庫,同時(shí)可以查看靜態(tài)庫中包含那些.o文件,即有那些源文件構(gòu)成

            可以使用 ar -t libname.a 來查看一個(gè)靜態(tài)庫由那些.o文件構(gòu)成。

            可以使用 ar q libname.a xxx1.o xxx2.o xxx3.o ... xxxn.o 生成靜態(tài)庫

             
            Linux下進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí),關(guān)于庫的使用:
             
            一、gcc/g++命令中關(guān)于庫的參數(shù):
            -shared: 該選項(xiàng)指定生成動(dòng)態(tài)連接庫(讓連接器生成T類型的導(dǎo)出符號(hào)表,有時(shí)候也生成弱連接W類型的導(dǎo)出符號(hào)),不用該標(biāo)志外部程序無法連接。相當(dāng)于一個(gè)可執(zhí)行文件
            -fPIC:表示編譯為位置獨(dú)立(地址無關(guān))的代碼,不用此選項(xiàng)的話,編譯后的代碼是位置相關(guān)的,所以動(dòng)態(tài)載入時(shí),是通過代碼拷貝的方式來滿足不同進(jìn)程的需要,而不能達(dá)到真正代碼段共享的目的。
            -L:指定鏈接庫的路徑,-L. 表示要連接的庫在當(dāng)前目錄中
            -ltest:指定鏈接庫的名稱為test,編譯器查找動(dòng)態(tài)連接庫時(shí)有隱含的命名規(guī)則,即在給出的名字前面加上lib,后面加上.so來確定庫的名稱
            LD_LIBRARY_PATH:這個(gè)環(huán)境變量指示動(dòng)態(tài)連接器可以裝載動(dòng)態(tài)庫的路徑。
            當(dāng)然如果有root權(quán)限的話,可以修改/etc/ld.so.conf文件,然后調(diào)用 /sbin/ldconfig來達(dá)到同樣的目的,
               不過如果沒有root權(quán)限,那么只能采用修改LD_LIBRARY_PATH環(huán)境變量的方法了。 
            調(diào)用動(dòng)態(tài)庫的時(shí)候,有幾個(gè)問題會(huì)經(jīng)常碰到:
                1、有時(shí),明明已經(jīng)將庫的頭文件所在目錄 通過 “-I” include進(jìn)來了,庫所在文件通過 “-L”參數(shù)引導(dǎo),并指定了“-l”的庫名,但通過ldd命令察看時(shí),就是死活找不到你指定鏈接的so文件,這時(shí)你要作的就是通過修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件來指定動(dòng)態(tài)庫的目錄。通常這樣做就可以解決庫無法鏈接的問題了。
             
            二、靜態(tài)庫鏈接時(shí)搜索路徑的順序: 
            1. ld會(huì)去找gcc/g++命令中的參數(shù)-L;
            2. 再找gcc的環(huán)境變量LIBRARY_PATH,它指定程序靜態(tài)鏈接庫文件搜索路徑;
                  export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:data/home/billchen/lib 
            3. 再找默認(rèn)庫目錄 /lib /usr/lib /usr/local/lib,這是當(dāng)初compile gcc時(shí)寫在程序內(nèi)的。
               
            三、動(dòng)態(tài)鏈接時(shí)、執(zhí)行時(shí)搜索路徑順序: 
            1. 編譯目標(biāo)代碼時(shí)指定的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑;
                2. 環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH指定動(dòng)態(tài)庫搜索路徑,它指定程序動(dòng)態(tài)鏈接庫文件搜索路徑;
                  export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:data/home/billchen/lib 
            3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑;
            4. 默認(rèn)的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑/lib;
            5. 默認(rèn)的動(dòng)態(tài)庫搜索路徑/usr/lib。
             
            四、靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)鏈接庫同時(shí)存在的問題:
               當(dāng)一個(gè)庫同時(shí)存在靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫時(shí),比如libmysqlclient.a和libmysqlclient.so同時(shí)存在時(shí):
                在Linux下,動(dòng)態(tài)庫和靜態(tài)庫同事存在時(shí),gcc/g++的鏈接程序,默認(rèn)鏈接的動(dòng)態(tài)庫。

            可以使用下面的方法,給連接器傳遞參數(shù),看是否鏈接動(dòng)態(tài)庫還是靜態(tài)庫。

            -WI,-Bstatic -llibname //指定讓gcc/g++鏈接靜態(tài)庫

            使用:

            gcc/g++ test.c -o test -WI,-Bstatic -llibname

            -WI,-Bdynamic -llibname //指定讓gcc/g++鏈接動(dòng)態(tài)庫

            使用:

            gcc/g++ test.c -o test -WI,-Bdynamic -llibname

            如果要完全靜態(tài)加在,使用-static參數(shù),即將所有的庫以靜態(tài)的方式鏈入可執(zhí)行程序,這樣生成的可執(zhí)行程序,不再依賴任何庫,同事出現(xiàn)的問題是,這樣編譯出來的程序非常大,占用空間。

             
            五、有關(guān)環(huán)境變量: 
            LIBRARY_PATH環(huán)境變量:指定程序靜態(tài)鏈接庫文件搜索路徑
            LD_LIBRARY_PATH環(huán)境變量:指定程序動(dòng)態(tài)鏈接庫文件搜索路徑
             
            六、動(dòng)態(tài)庫升級(jí)問題:
               在動(dòng)態(tài)鏈接庫升級(jí)時(shí),
            不能使用cp newlib.so oldlib.so,這樣有可能會(huì)使程序core掉;
            而應(yīng)該使用:
            rm oldlib.so 然后 cp newlib.so oldlib.so
            或者
            mv oldlib.so oldlib.so_bak 然后 cp newlib.so oldlib.so


            為什么不能用cp newlib.so oldlib.so ?

            在替換so文件時(shí),如果在不停程序的情況下,直接用 cp new.so old.so 的方式替換程序使用的動(dòng)態(tài)庫文件會(huì)導(dǎo)致正在運(yùn)行中的程序崩潰。

             

            解決方法:

            解決的辦法是采用“rm+cp” 或“mv+cp” 來替代直接“cp” 的操作方法。

            linux系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫有兩種使用方法:運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接庫,動(dòng)態(tài)加載庫并在程序控制之下使用。

             

            1、為什么在不停程序的情況下,直接用 cp 命令替換程序使用的 so 文件,會(huì)使程序崩潰?
            很多同學(xué)在工作中遇到過這樣一個(gè)問題,在替換 so 文件時(shí),如果在不停程序的情況下,直接用cp new.so old.so的方式替換程序使用的動(dòng)態(tài)庫文件會(huì)導(dǎo)致正在運(yùn)行中的程序崩潰,退出。

            這與 cp 命令的實(shí)現(xiàn)有關(guān),cp 并不改變目標(biāo)文件的 inode,cp 的目標(biāo)文件會(huì)繼承被覆蓋文件的屬性而非源文件。實(shí)際上它是這樣實(shí)現(xiàn)的:
            strace cp libnew.so libold.so 2>&1 |grep open.*lib.*.so
            open("libnew.so", O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 3
            open("libold.so", O_WRONLY|O_TRUNC|O_LARGEFILE) = 4
            在 cp 使用“O_WRONLY|O_TRUNC” 打開目標(biāo)文件時(shí),原 so 文件的鏡像被意外的破壞了。這樣動(dòng)態(tài)鏈接器 ld.so 不能訪問到 so 文件中的函數(shù)入口。從而導(dǎo)致 Segmentation fault,程序崩潰。ld.so 加載 so 文件及“再定位”的機(jī)制比較復(fù)雜。

             

            2、怎樣在不停止程序的情況下替換so文件,并且保證程序不會(huì)崩潰?
            答案是采用“rm+cp” 或“mv+cp” 來替代直接“cp” 的操作方法。

            在用新的so文件 libnew.so 替換舊的so文件 libold.so 時(shí),如果采用如下方法:
            rm libold.so //如果內(nèi)核正在使用libold.so,那么inode節(jié)點(diǎn)不會(huì)立刻別刪除掉。
            cp libnew.so libold.so
            采用這種方法,目標(biāo)文件 libold.so 的 inode 其實(shí)已經(jīng)改變了,原來的 libold.so 文件雖然不能用 ”ls”查看到,但其 inode 并沒有被真正刪除,直到內(nèi)核釋放對(duì)它的引用。

            (即: rm libold.so,此時(shí),如果ld.so正在加在libold.so,內(nèi)核就在引用libold.so的inode節(jié)點(diǎn),rm libold.so的inode并沒有被真正刪除,當(dāng)ld.so對(duì)libold.so的引用結(jié)束,inode才會(huì)真正刪除。這樣程序就不會(huì)崩潰,因?yàn)樗€在使用舊的libold.so,當(dāng)下次再使用libold.so時(shí),已經(jīng)被替換,就會(huì)使用新的libold.so)

            同理,mv只是改變了文件名,其 inode 不變,新文件使用了新的 inode。這樣動(dòng)態(tài)鏈接器 ld.so 仍然使用原來文件的 inode 訪問舊的 so 文件。因而程序依然能正常運(yùn)行。

            (即: mv libold.so ***后,如果程序使用動(dòng)態(tài)庫,還是使用舊的inode節(jié)點(diǎn),當(dāng)下次再使用libold.so時(shí),就會(huì)使用新的libold.so)


            到這里,為什么直接使用“cp new_exec_file old_exec_file”這樣的命令時(shí),系統(tǒng)會(huì)禁止這樣的操作,并且給出這樣的提示“cp: cannot create regular file `old': Text file busy”。這時(shí),我們采用的辦法仍然是用“rm+cp”或者“mv+cp”來替代直接“cp”,這跟以上提到的so文件的替換有同樣的道理。


            但是,為什么系統(tǒng)會(huì)阻止 cp 覆蓋可執(zhí)行程序,而不阻止覆蓋 so 文件呢?

            這是因?yàn)?Linux 有個(gè) Demand Paging 機(jī)制,所謂“Demand Paging”,簡單的說,就是系統(tǒng)為了節(jié)約物理內(nèi)存開銷,并不會(huì)程序運(yùn)行時(shí)就將所有頁(page)都加載到內(nèi)存中,而只有在系統(tǒng)有訪問需求時(shí)才將其加載。“Demand Paging”要求正在運(yùn)行中的程序鏡像注意,并非文件本身不被意外修改,因此內(nèi)核在啟動(dòng)程序后會(huì)鎖定這個(gè)程序鏡像的 inode。

            對(duì)于 so 文件,它是靠 ld.so 加載的,而ld.so畢竟也是用戶態(tài)程序,沒有權(quán)利去鎖定inode,也不應(yīng)與內(nèi)核的文件系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)耦合。

            posted on 2013-01-04 16:38 tqsheng 閱讀(8228) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用


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