Linux 动态链接库和静态链接库

本文介绍 Linux 动态和静态链接库，并通过demo示例，介绍动态链接库和静态链接库的工作过程和原理。

文件格式

• .h : C 语言头文件，包含了 C 函数声明、宏定义、结构体定义等内容
• .c : C 语言程序文件，内含函数实现，变量定义等内容
• .o : 目标（object）文件，一个 *.c 或 *.cpp 文件编译生产一个 .o 文件
• .a : archive 归档包，一个或多个 *.o 打包生产，实现静态连接库功能，即 static mode，多个 *.a 可以链接生成一个可执行文件
• .so : shared object 共享库文件，实现动态链接库功能。和 windows的dll 差不多，使用时才载入
• .la : libtool archive 文件，是libtool自动生成的共享库文件

其他文件：

• .ko: kernel object文件（内核模块），该文件把内核的一些功能移动到内核外边，需要的时候插入内核，不需要时卸载，一般为驱动程序。达到减少内核体积的目的。参考：Linux kernel 内核模块编译、装载和卸载

概念

• 静态链接库
  • 在链接阶段，会将汇编生成的目标文件 .o 与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接
  • 库命名规范，必须是 lib[your_library_name].a，lib为前缀，中间是静态库名，扩展名为.a
• 动态链接库
  • 是一种不可执行的二进制程序文件，它允许程序共享执行特殊任务所必需的代码和其他资源。Linux 中以 *.so 结尾
• 查看工具
  • ldd 查看动态链接库
  • readelf 查看 ELF 文件信息

示例

编译相关工具：

yum install -y gcc binutils

# 目录初始化
[root@xiexianbin_cn ~]# mkdir ldd-demo
[root@xiexianbin_cn ~]# cd ldd-demo/

# 文件内容
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# cat test.h
void print();
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# cat test.c
#include <stdio.h>
#include "test.h"

void print()
{
    printf("hello world!\n");
}
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# cat main.c
#include "test.h"

int main()
{
    print();
    return 0;
}

# gcc 编译
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
main.c  test.c  test.h
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# gcc -c main.c test.c
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# gcc main.o test.o
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
a.out  main.c  main.o  test.c  test.h  test.o

# 执行
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ./a.out
hello world!

# 使用 ldd 查看 a.out
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd a.out
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffc92fc3000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fb6b0c02000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fb6b0fcf000)
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd *

a.out 依赖于 libc.so.6，路径为 /lib/libc.so.6。

静态库

[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
main.c  test.c  test.h
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# gcc -c test.c
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
main.c  test.c  test.h  test.o
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ar rcs libtest.a test.o
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# gcc main.c -L. -ltest
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
a.out  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ./a.out
hello world!
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd a.out
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffc8c9fa000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f5f4647a000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f5f46847000)

与上面的基本一样。

动态链接库

[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
main.c  test.c  test.h
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# gcc test.c -shared -fPIC -o libtest.so
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
libtest.so  main.c  test.c  test.h
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# gcc main.c -L. -ltest
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ls
a.out  libtest.so  main.c  test.c  test.h
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ./a.out
hello world!
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ./a.out
hello world!

# a.out 依赖 libtest.so 库
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd a.out
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffc509ce000)
	libtest.so (0x00007fd80275b000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fd80238e000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fd80295d000)
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd libtest.so
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffc1ad75000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fe1e6141000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fe1e6710000)

说明：

• 命令：gcc test.c -shared -fPIC -o libtest.so
  • -shared: 编译成的文件为动态链接库，不使用该选项相当于可执行文件
  • -fPIC: PIC（Position-Independent Code）编译为位置独立的代码，不用此选项是编译的代码是与位置相关的
• 命令：gcc main.c -L. -ltest
  • -L.: 表示链接的文件在当前目录下
  • -ltest: 链接的文件名 gcc 会自动为其前面添加 lib，在其后边添加 .so 即 libtest.so

若将 libtest.so 移动到 /tmp 目录

[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# mv libtest.so /tmp/
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd  a.out
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff8fb00000)
	libtest.so => not found
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fb52c0bf000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fb52c48c000)
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ./a.out
./a.out: error while loading shared libraries: libtest.so: cannot open shared object file: No such file or directory

可以看到 libtest.so => not found，执行 a.out 失败。将 libtest.so 移动到 /usr/lib64/ 目录也可以正常使用：

[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# mv /tmp/libtest.so /usr/lib64/
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ./a.out
hello world!
[root@xiexianbin_cn ldd-demo]# ldd a.out
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fffe87f4000)
	libtest.so => /lib64/libtest.so (0x00007f808dc89000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f808d8bc000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f808de8b000)

说明：

• /usr/lib/:/usr/lib64/:/lib/:/lib64/ 为默认动态链接库的目录，可以通过环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定其它的动态链接库位置