Linux平台gcc和动态共享库的基础知识

来源:互联网 发布:深圳中航软件 编辑:程序博客网 时间:2021/05/15 19:25

对大多数不从事Linux平台C语言开发的人来说,GNU gcc的一套工具和Linux平台的共享库的使用还是十分陌生的,其实我也不太熟悉,姑且写点基础知识,权当做备忘吧。

一、GNU gcc的编译工具用法

我们先来写一个简单的C程序:hello.c

C代码

  1. #include <stdio.h>  
  2.   
  3. void print_hello() {  
  4.   printf("Hello World/n");  
  5. }  
  6.   
  7. int main(int argc, char argv[]) {  
  8.   print_hello();  
  9.   return 0;  
  10. }  


定义了一个print_hello函数,调用main函数打印Hello World。

如何编译它呢?

C代码
  1. gcc -o hello -O2 hello.c  


-o参数指定生成的可执行程序的文件名, -O2是优化级别。该命令会编译生成hello可执行程序,看看这个文件:ls -l hello

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


有11KB大小。

看看他链接了哪些系统动态链接库,用ldd命令:

C代码
  1. ldd hello  


输出信息为:

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


libc是C语言标准函数库,ld是动态链接器。

接着我们看看hello这个程序里面有哪些符号,用nm命令:

C代码
  1. nm hello  


输出:

C代码
  1. 00000000005008f8 A __bss_start  
  2. 000000000040043c t call_gmon_start  
  3. ......  
  4. 00000000004004f0 T main  
  5. 0000000000500658 d p.0  
  6. 00000000004004e0 T print_hello  
  7.                  U puts@@GLIBC_2.2.5  
  8. 0000000000400410 T _start  


中间省略了一些,不过我们还是可以在符号表里面找到函数定义。

hello有11KB,体积偏大,去处符号表可以给它瘦身,我们用strip命令:

C代码
  1. strip hello  


然后再ls -l hello,输出为:

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


只有4.4KB了,瘦身效果明显! 不过这次符号表再也看不到了,nm hello,输出为:nm: hello: no symbols。

最后如果我们想从可执行程序里面提取出来一点什么文本信息的话,还可以用strings命令:

C代码
  1. strings hello  


输出信息为:

C代码
  1. /lib64/ld-linux-x86-64.so.2  
  2. SuSE  
  3. libc.so.6  
  4. puts  
  5. __libc_start_main  
  6. __gmon_start__  
  7. GLIBC_2.2.5  
  8. t fff  
  9. Hello World  


友情提醒一下,如果你用Java写一个HelloWorld.java,编译以后你也可以用strings窥探一番。

二、动态共享库怎么使用

这次我们把hello.c拆开成为两个文件:hello.c和main.c。hello.c的代码是:

C代码
  1. #include <stdio.h>  
  2.   
  3. void print_hello() {  
  4.   printf("Hello World/n");  
  5. }  


而main.c的代码是:

C代码
  1. int main(int argc, char argv[]) {  
  2.   print_hello();  
  3.   return 0;  
  4. }  



hello.c是我们的动态共享库,在hello.c里面我们声明和实现了各种公用的函数,最后main.c可以去调用这些公用函数。首先我们要把hello.c编译成为动态共享库:

C代码
  1. gcc -o libhello.so -O2 -fPIC -shared hello.c   


-fPIC参数声明链接库的代码段是可以共享的,-shared参数声明编译为共享库。请注意这次我们编译的共享库的名字叫做libhello.so,这也是Linux共享库的一个命名的惯例了:后缀使用so,而名称使用libxxxx格式。

然后编译main.c的时候,我们需要更多的参数让gcc知道如何寻找共享库:

C代码
  1. gcc -o main -O2 -L. -lhello main.c   


-L参数指定到哪个附加路径下面去寻找共享库,现在我们指定在当前目录下面寻找;
-l参数指定链接到哪个共享库上面,我们传的参数hello,那么gcc就会自动链接到libhello.so这个共享库上面(注意我们上面说的libXXXX.so命名规则);
-I参数指定到哪个附加路径下面去寻找h文件,这个我们没有使用。

最后我们成功编译好了main,执行一下,报错:

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这个共享库,怎么回事?这是因为libhello.so并不在操作系统默认的共享库的路径下面,我们可以临时指定一下链接路径:

C代码
  1. export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH  


这样就成功了。我们用ldd main看一下:

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


这次main程序链接到了libhello.so这个共享库上面。

三、关于Linux的动态共享库的设置

可执行程序找不到要链接的动态共享库,这是Linux上面编译和运行程序很容易碰到的问题,通过上面的小例子,我们已经大致了解共享库的一点基本原理,接下来我们要探讨一下怎么设置程序寻找动态共享库的行为。

Linux操作系统上面的动态共享库大致分为三类:

1、操作系统级别的共享库和基础的系统工具库

比方说libc.so, libz.so, libpthread.so等等,这些系统库会被放在/lib和/usr/lib目录下面,如果是64位操作系统,还会有/lib64和/usr/lib64目录。如果操作系统带有图形界面,那么还会有/usr/X11R6/lib目录,如果是64位操作系统,还有/usr/X11R6/lib64目录。此外还可能有其他特定Linux版本的系统库目录。

这些系统库文件的完整和版本的正确,确保了Linux上面各种程序能够正常的运行。

2、应用程序级别的系统共享库

并非操作系统自带,但是可能被很多应用程序所共享的库,一般会被放在/usr/local/lib和/usr/local/lib64这两个目录下面。很多你自行编译安装的程序都会在编译的时候自动把/usr/local/lib加入gcc的-L参数,而在运行的时候自动到/usr/local/lib下面去寻找共享库。

以上两类的动态共享库,应用程序会自动寻找到他们,并不需要你额外的设置和担心。这是为什么呢? 因为以上这些目录默认就被加入到动态链接程序的搜索路径里面了。Linux的系统共享库搜索路径定义在/etc/ld.so.conf这个配置文件里面。这个文件的内容格式大致如下:

C代码
  1. /usr/X11R6/lib64  
  2. /usr/X11R6/lib  
  3. /usr/local/lib  
  4. /lib64  
  5. /lib  
  6. /usr/lib64  
  7. /usr/lib  
  8. /usr/local/lib64  
  9. /usr/local/ImageMagick/lib  



假设我们自己编译安装的ImageMagick图形库在/usr/local/ImageMagick目录下面,并且希望其他应用程序都可以使用ImageMagick的动态共享库,那么我们只需要把/usr/local/ImageMagick/lib目录加入/etc/ld.so.conf文件里面,然后执行:ldconfig 命令即可。

ldcofig将搜索以上所有的目录,为共享库建立一个缓存文件/etc/ld.so.cache。为了确认ldconfig已经搜索到ImageMagick的库,我们可以用上面介绍的strings命令从ld.so.cache里面抽取文本信息来检查一下:

C代码
  1. strings /etc/ld.so.cache | grep ImageMagick   


输出结果为:

C代码
  1. /usr/local/ImageMagick/lib/libWand.so.10  
  2. /usr/local/ImageMagick/lib/libWand.so  
  3. /usr/local/ImageMagick/lib/libMagick.so.10  
  4. /usr/local/ImageMagick/lib/libMagick.so  
  5. /usr/local/ImageMagick/lib/libMagick++.so.10  
  6. /usr/local/ImageMagick/lib/libMagick++.so  


已经成功了!

3、应用程序独享的动态共享库

有很多共享库只被特定的应用程序使用,那么就没有必要加入系统库路径,以免应用程序的共享库之间发生版本冲突。因此Linux还可以通过设置环境变量LD_LIBRARY_PATH来临时指定应用程序的共享库搜索路径,就像我们上面举的那个例子一样,我们可以在应用程序的启动脚本里面预先设置LD_LIBRARY_PATH,指定本应用程序附加的共享库搜索路径,从而让应用程序找到它。