LINUX动态链接库高级应用

原文
http://blog.csdn.net/bekars/archive/2005/12/15/552828.aspx

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)

/* adatetime.h : 纵横软件制作中心雨亦奇([e-mail])编写, 2002-03-06. */

#ifndef __DATETIME_H

#define __DATETIME_H

/* 日期结构 */
typedef struct
{
int year;
int mon;
int day;
}DATETYPE;

 /* 时间结构 */
 typedef struct
 {
 char hour;
 char min;
 char sec;
 }TIMETYPE;

 int getdate(DATETYPE *d); /* 取当前日期 */
 int gettime(TIMETYPE *t); /* 取当前时间 */

 #endif

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.


三、共享动态链接库


3.1 动态链接库配置文件

为了让动态链接库为系统所使用,需要维护动态链接库的配置文件--/etc/ld.so.conf.此文件内,存放着可被LINUX共享的动态链接库所在目录的名字(系统目录/lib,/usr/lib除外),各个目录名间以空白字符(空格,换行等)或冒号或逗号分隔.一般的LINUX发行版中,此文件均含一个共享目录/usr/X11R6/lib,为X window窗口系统的动态链接库所在的目录.

下面看看我的系统中此文件的内容如何:

# cat /etc/ld.so.conf
/usr/X11R6/lib
/usr/zzz/lib
#

由上可以看出,该动态库配置文件中,增加了一个/usr/zzz/lib目录.这是我自己新建的共享库目录,下面存放我新开发的可供系统共享的动态链接库.

3.2 动态链接库管理命令

为了让动态链接库为系统所共享,还需运行动态链接库的管理命令--ldconfig.此执行程序存放在/sbin目录下.

ldconfig命令的用途,主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下,搜索出可共享的动态链接库(格式如前介绍,lib*.so*),进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件.缓存文件默认为 /etc/ld.so.cache,此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.

ldconfig通常在系统启动时运行,而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令.

ldconfig命令行用法如下:

ldconfig [-v|--verbose] [-n] [-N] [-X] [-f CONF] [-C CACHE] [-r ROOT] [-l] [-p|--print-cache] [-c FORMAT] [--format=FORMAT] [-V] [-?|--help|--usage] path...

ldconfig可用的选项说明如下:

(1) -v或--verbose : 用此选项时,ldconfig将显示正在扫描的目录及搜索到的动态链接库,还有它所创建的连接的名字.

(2) -n : 用此选项时,ldconfig仅扫描命令行指定的目录,不扫描默认目录(/lib,/usr/lib),也不扫描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目录.

(3) -N : 此选项指示ldconfig不重建缓存文件(/etc/ld.so.cache).若未用-X选项,ldconfig照常更新文件的连接.

(4) -X : 此选项指示ldconfig不更新文件的连接.若未用-N选项,则缓存文件正常更新.

(5) -f CONF : 此选项指定动态链接库的配置文件为CONF,系统默认为/etc/ld.so.conf.

(6) -C CACHE : 此选项指定生成的缓存文件为CACHE,系统默认的是/etc/ld.so.cache,此文件存放已排好序的可共享的动态链接库的列表.

(7) -r ROOT : 此选项改变应用程序的根目录为ROOT(是调用chroot函数实现的).选择此项时,系统默认的配置文件/etc/ld.so.conf,实际对应的为 ROOT/etc/ld.so.conf.如用-r /usr/zzz时,打开配置文件/etc/ld.so.conf时,实际打开的是/usr/zzz/etc/ld.so.conf文件.用此选项,可以大大增加动态链接库管理的灵活性.

(8) -l : 通常情况下,ldconfig搜索动态链接库时将自动建立动态链接库的连接.选择此项时,将进入专家模式,需要手工设置连接.一般用户不用此项.

(9) -p或--print-cache : 此选项指示ldconfig打印出当前缓存文件所保存的所有共享库的名字.

(10) -c FORMAT 或 --format=FORMAT : 此选项用于指定缓存文件所使用的格式,共有三种:old(老格式),new(新格式)和compat(兼容格式,此为默认格式).

(11) -V : 此选项打印出ldconfig的版本信息,而后退出.

(12) -? 或 --help 或 --usage : 这三个选项作用相同,都是让ldconfig打印出其帮助信息,而后退出.

举三个例子:

例1:

# ldconfig -p
793 libs found in cache `/etc/ld.so.cache'
libzvt.so.2 (libc6) => /usr/lib/libzvt.so.2
libzvt.so (libc6) => /usr/lib/libzvt.so
libz.so.1.1.3 (libc6) => /usr/lib/libz.so.1.1.3
libz.so.1 (libc6) => /lib/libz.so.1
......
#

注: 有时候用户想知道系统中有哪些动态链接库,或者想知道系统中有没有某个动态链接库,这时,可用-p选项让ldconfig输出缓存文件中的动态链接库列表,从而查询得到.例子中,ldconfig命令的输出结果第1行表明在缓存文件/etc/ld.so.cache中找到793个共享库,第2行开始便是一系列共享库的名字及其全名(绝对路径).因为实际输出结果太多,为节省篇幅,以......表示省略的部分.


例2:

# ldconfig -v
/lib:
liby.so.1 -> liby.so.1
libnss_wins.so -> libnss_wins.so
......
/usr/lib:
libjscript.so.2 -> libjscript.so.2.0.0
libkspell.so.2 -> libkspell.so.2.0.0
......
/usr/X11R6/lib:
libmej-0.8.10.so -> libmej-0.8.10.so
libXaw3d.so.7 -> libXaw3d.so.7.0
......
#

注: ldconfig命令在运行正常的情况下,默认不输出什么东西.本例中用了-v选项,以使ldconfig在运行时输出正在扫描的目录及搜索到的共享库, 用户可以清楚地看到运行的结果.执行结束后,ldconfig将刷新缓存文件/etc/ld.so.cache.

例3:

# ldconfig /usr/zhsoft/lib
#

注: 当用户在某个目录下面创建或拷贝了一个动态链接库,若想使其被系统共享,可以执行一下"ldconfig 目录名"这个命令.此命令的功能在于让ldconfig将指定目录下的动态链接库被系统共享起来,意即:在缓存文件/etc/ld.so.cache中追加进指定目录下的共享库.本例让系统共享了/usr/zhsoft/lib目录下的动态链接库.需要说明的是,如果此目录不在/lib,/usr/lib 及/etc/ld.so.conf文件所列的目录里面,则再度运行ldconfig时,此目录下的动态链接库可能不被系统共享了.

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!
点击这里下载示例程序。