动态链接库

在《LINUX下动态链接库的创建与应用》 一文中,我介绍了LINUX动态链接库的基本知识.其要点是:用户根据实际情况需要,利用dlopen,dlsym,dlclose等动态链接库操作函 数,装入指定的动态链接库中指定的函数,然后加以执行.程序中使用很少的动态函数时,这样的做法尚可.如果程序需要调用大量的动态函数,那么采用这样的编 程手段将是非常繁复的,所以我们必须使用一种更为聪明的办法,以减少代码量,提高工作效率.这就是现在我要举例介绍的《LINUX动态链接库高级应用》.

　　注:本文举的例子类似上篇文章,只是文件的内容已做相应修改,裁减了不少.示例程序ady.c和两个动态函数的源程序getdate.c与gettime.c仅修改了头文件的名字,其内容不再列出.本文使用头文件为adatetime.h.

要想高效地应用LINUX动态链接库(尤其是用户自己编写的),需要做以下工作:

一、编写合格的动态链接库头文件

　　C语言的头文件,可供一个或多个程序引用,里面一般定义程序所需的常量,自定义类型及函数原型说明等.其中的函数原型说明,则供编译器检查语法,用于排除引用参数时类型不一致的错误.只有编写合格的动态链接库头文件,程序员才能正确使用动态链接库内的函数.

　　动态链接库头文件要采用C语言标准格式,其中的动态函数原型定义,不必象上文介绍的那样用(*动态函数名)的描述形式.请看下面的例子:(每行开始的数字为所在行行号,为笔者添加,供注解使用)

1 
2
3 #ifndef __DATETIME_H
4
5 #define __DATETIME_H
6
7 
8 typedef struct
9 {
10 int year;
11 int mon;
12 int day;
13 }DATETYPE;
14
15 
16 typedef struct
17 {
18 char hour;
19 char min;
20 char sec;
21 }TIMETYPE;
22
23 int getdate(DATETYPE *d); 
24 int gettime(TIMETYPE *t); 
25
26 #endif
27

　　注:与上文的datetime.h文件比较,从该头文件第23,24行可以看到,动态函数getdate,gettime的原型定义改变了,不再使用(*getdate),(*gettime)的格式了(这种格式使用较为罗嗦).

二、正确编译与命名动态链接库

　　为了让GCC编译器生成动态链接库,编译时须加选项-shared.(这点须牢记)

　　LINUX系统中,为了让动态链接库能被系统中其它程序共享,其名字应符合“lib*.so*”这种格式.如果某个动态链接库不符合此格式,则LINUX的动态链接库自动装入程序(ld.so)将搜索不到此链接库,其它程序也无法共享之.

　　格式中,第一个*通常表示为简写的库名,第二个*通常表示为该库的版本号.如:在我的系统中,基本C动态链接库的名字为libc.so.6,线程 pthread动态链接库的名字为libpthread.so.0等等.本文例子所生成的动态链接库的名字为libmy.so,虽没有版本号,但也符合所 要求的格式.

生成该动态链接库的维护文件makefile-lib内容如下:

1 # makefile : 纵横软件制作中心雨亦奇编写, 2002-03-07.
2
3 all : libmy.so
4
5 SRC = getdate.c gettime.c
6
7 TGT = $(SRC:.c=.o)
8
9 $(SRC) : adatetime.h
10 @touch $@
11
12 %.o : %.c
13 cc -c $?
14
15 # 动态链接库(libmy.so)生成
16 libmy.so : $(TGT)
17 cc -s -shared -o $@ $(TGT)
18

运行命令:

$ make -f makefile-lib
$

即生成libmy.so库.

　　注: 维护文件中,第17行用-shared选项以生成动态链接库,用-s选项以去掉目标文件中的符号表,从而减小文件长度.




3.3 动态链接库如何共享

　　了解了以上知识,我们可以采用以下三种方法来共享动态链接库:(注:均须在超级用户状态下操作,以我的动态链接库libmy.so共享过程为例)

　　(1)拷贝动态链接库到系统共享目录下,或在系统共享目录下为该动态链接库建立个连接(硬连接或符号连接均可,常用符号连接).这里说的系统共享目录,指 的是LINUX动态链接库存放的目录,它包含/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件内所列的一系列目录. 

# cp libmy.so /lib
# ldconfig
#

或:

# ln -s `pwd`/libmy.so /lib
# ldconfig
#

(2)将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件/etc/ld.so.conf中.

# pwd >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
#

(3)利用动态链接库管理命令ldconfig,强制其搜索指定目录,并更新缓存文件,便于动态装入.

# ldconfig `pwd`
#

　　需要说明的是,这种操作方法虽然有效,但效果是暂时的,供程序测试还可以,一旦再度运行ldconfig,则缓存文件内容可能改变,所需的动态链接库可能 不被系统共享了.与之相比较,前两种方法是可靠的方法,值得业已定型的动态链接库共享时采用.前两种方法还有一个特点,即最后一条命令都是 ldconfig,也即均需要更新一下缓存文件,以确保动态链接库的共享生效.

四、含有动态函数的程序的编译

4.1 防止编译因未指定动态链接库而出错

　　当一个程序使用动态函数时,编译该程序时就必须指定含所用动态函数的动态链接库,否则编译将会出错退出.如本文示例程序ady.c的编译(未明确引用动态链接库libmy.so):

# cc -o ady ady.c
/tmp/ccL4FsJp.o: In function `main':
/tmp/ccL4FsJp.o(.text+0x43): undefined reference to `gettime'
collect2: ld returned 1 exit status
#

注: 因为ady.c所含的动态函数getdate,gettime不在系统函数库中,所以连接时出错.

4.2 编译时引用动态链接库的几种方式

(1)当所用的动态链接库在系统目录(/lib,/usr/lib)下时,可用编译选项-l来引用.即:

# cc -lmy -o ady ady.c
#

　　注:编译时用-l选项引用动态链接库时,库名须使用其缩写形式.本例的my,表示引用libmy.so库.若引用光标库libncurses.so,须用-lncurses.注意,-l选项与参数之间不能有空格,否则会出错.

(2)当所用的动态链接库在系统目录(/lib,/usr/lib)以外的目录时,须用编译选项-L来指定动态链接库所在的目录(供编译器查找用),同时用-l选项指定缩写的动态链接库名.即:

# cc -L/usr/zzz/lib -lmy -o ady ady.c
#

(3)直接引用所需的动态链接库.即:

# cc -o ady ady.c libmy.so
#

或

# cc -o ady ady.c /lib/libmy.so
#

　　等等.其中,动态链接库的库名可以采用相对路径形式(文件名不以/开头),也可采用绝对路径形式(文件名以/开头).




五、动态链接程序的运行与检查

5.1 运行

　　编译连接好含动态函数的程序后,就可以运行它了.动态链接程序因为共享了系统中的动态链接库,所以其空间占用很小.但这并不意味功能的减少,它的执行与静态连接的程序执行,效果完全相同.在命令提示符下键入程序名及相关参数后回车即可,如下例:

$ ady
动态链接库高级应用示范
当前日期: 2002-03-11
当前时间: 19:39:06
$

5.2 检查

检查什么?检查动态链接程序究竟需要哪些共享库,系统中是否已有这些库,没有的话,用户好想办法把这些库装上.

怎么检查呢?这里,告诉你一个实用程序--ldd,这个程序就是专门用来检查动态链接程序依赖哪些共享库的.

ldd命令行用法如下:

ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE...

各选项说明如下:

(1) --version : 此选项用于打印出ldd的版本号.

(2) -v 或 --verbose : 此选项指示ldd输出关于所依赖的动态链接库的尽可能详细的信息.

(3) -d 或 --data-relocs : 此选项执行重定位,并且显示不存在的函数.

(4) -r 或 --function-relocs : 此选项执行数据对象与函数的重定位,同时报告不存在的对象.

(5) --help : 此选项用于打印出ldd的帮助信息.

注: 上述选项中,常用-v(或--verbose)选项.

ldd的命令行参数为FILE...,即一个或多个文件名(动态链接程序或动态链接库).

例1:

$ ldd ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
$

　　注: 每行=>前面的,为动态链接程序所需的动态链接库的名字,而=>后面的,则是运行时系统实际调用的动态链接库的名字,所需的动态链接库在系统 中不存在时,=>后面将显示"not found",括号所括的数字为虚拟的执行地址.本例列出ady所需的三个动态链接库,其中libmy.so为自己新建的动态链接库,而 libc.so.6与/lib/ld-linux.so.2均为系统的动态链接库,前一个为基本C库,后一个动态装入库(用于动态链接库的装入及运行).

例2:

$ ldd -v ady
libmy.so => ./libmy.so (0x40026000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40028000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

Version information:
./ady:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
./libmy.so:
libc.so.6 (GLIBC_2.1.3) => /lib/libc.so.6
libc.so.6 (GLIBC_2.0) => /lib/libc.so.6
/lib/libc.so.6:
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2.3) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.1) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.2) => /lib/ld-linux.so.2
ld-linux.so.2 (GLIBC_2.0) => /lib/ld-linux.so.2
$

　　注:本例用-v选项以显示尽可能多的信息,所以例中除列出ady所需要的动态链接库外,还列出了程序所需动态链接库版本方面的信息.

小结: 在LINUX动态链接库的高级应用中,关键有两点,一是如何让动态链接库为LINUX系统所共享,二是编译连接程序时如何做.让动态链接库为系统所共享, 主要是用ldconfig管理命令,维护好系统共享库的缓存文件/etc/ld.so.cache.编译连接时如何做?注意连接上所用的动态链接库就可以 了.LINUX动态链接库的高级应用,用一用就明白:其实,就是这么简单!