Linux從外到內(nèi)剝開動態(tài)庫，一個簡單例子看懂Linux下的動態(tài)庫開發(fā)原理
本文將演示4種各自獨(dú)立的得到最終二進(jìn)制文件的方式。代碼采用C語言。
- 用gcc將C語言代碼生成靜態(tài)庫 .a 文件，再與編譯后的 main.o 合成最終的靜態(tài)鏈接的可執(zhí)行文件，查看運(yùn)行結(jié)果。
- 用gcc將C語言代碼生成動態(tài)庫，待用。
- 用gcc將C語言代碼編譯并鏈接動態(tài)庫，生成可執(zhí)行文件main，運(yùn)行時依賴動態(tài)庫so文件。
- 演示用ar如何轉(zhuǎn)換 靜態(tài)庫文件得到動態(tài)庫文件。可被用于可執(zhí)行文件的鏈接。
本文代碼文件內(nèi)容
首先列出所有代碼文件內(nèi)容，一共3個文件：drive.h，drive.c，main.c，分別為 動態(tài)庫libdrive.so 的頭文件、函數(shù)實(shí)現(xiàn)文件、主入口main()文件。內(nèi)容分別如下。為了簡明易懂，只以最簡單的功能實(shí)現(xiàn)。
(1) drive.h 文件內(nèi)容：
//聲明 加法函數(shù)的函數(shù)入?yún)⒑头祷刂怠?int dr(int a, int b);(2) drive.c 文件內(nèi)容：
#include <stdio.h>
//定義一個加法函數(shù)
int dr(int a, int b) {
return a + b;
}(3) main.c 文件內(nèi)容
//調(diào)用動態(tài)庫內(nèi)的add()函數(shù)，3+5,所以打印結(jié)果應(yīng)當(dāng)為8
#include <stdio.h>
#include "drive.h"
int main() {
// 調(diào)用加法函數(shù)
int result = add(3, 5);
printf("Sum: %d\n", result);
return 0;
}用gcc將C語言代碼生成靜態(tài)庫 .a，被鏈接入最終可執(zhí)行文件
(1) 編譯 drive.c 文件為.o 文件：
# gcc -c drive.c -o drive.ogcc 的幾個重要編譯參數(shù)，上面用到了-c 、-o 等參數(shù)，下面還會用到所以再次貼上參數(shù)說明：
-c 編譯、匯編到目標(biāo)代碼，不進(jìn)行鏈接。
-o <文件> 輸出到 <文件>。
-pie 生成動態(tài)鏈接的位置無關(guān)可執(zhí)行文件。
-shared 生成一個共享庫。
-static 告訴ld在鏈接的時候生成純靜態(tài)可執(zhí)行文件。(2) 使用編譯drive.c得到的drive.o 文件作為材料，生成 libdrive.a 靜態(tài)庫文件。文件名前面加lib是為了gcc鏈接文件時 默認(rèn)的約定找以lib開始的庫文件：
# ar rcs libdrive.a drive.o(3) 鏈接得到最終可執(zhí)行文件：
# gcc main.c -L$PWD -ldrive -o main-static
# file main-static
main-static: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=84fa8514ed5a9ef043b88d1957de83248208dac2, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
[lph@localhost 2023-12-12]$ ldd main-static
linux-vdso.so.1 (0x00007ffd087f3000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fb2cbb82000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fb2cbd79000)當(dāng)前目錄下只有l(wèi)ibdrive.a 庫，沒有動態(tài)庫，所以不會優(yōu)先鏈接.so庫，只能鏈接libdrive.a庫。所以我使用file 命令查看main-static的成分，我以為它就是靜態(tài)文件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)怎么還是動態(tài)鏈接的？（鏈接了3個動態(tài)庫文件）
雖然通過-ldrive 我們確實(shí)鏈接了libdrive.a靜態(tài)文件進(jìn)入 main-static文件內(nèi)部（所以以上出現(xiàn)的鏈接信息里不會顯示libdrive.so 或 libdrive.a，但file的結(jié)果說得到的main-static文件仍然是dynamically linked得的，為什么會這樣呢？
sudo yum install glibc-static
新安裝的libc的靜態(tài)庫文件的路徑：
# rpm -q --list glibc-static
/usr/lib64/libBrokenLocale.a
/usr/lib64/libc.a
/usr/lib64/libm-2.37.a
/usr/lib64/libm.a
/usr/lib64/libmvec.a
/usr/lib64/libresolv.a重新嘗試實(shí)現(xiàn)徹底的靜態(tài)鏈接：
[lph@localhost 2023-12-12]$ gcc -static main.c -L. -ldrive -o main-static-true
[lph@localhost 2023-12-12]$ file main-static-true
main-static-true: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=be4d6a0e422b3a1ae1ccf0a9b162f5e628eb47b3, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped, too many notes (256)
[lph@localhost 2023-12-12]$ ldd main-static-true
不是動態(tài)可執(zhí)行文件以上 ldd 的結(jié)果說明，main-static-true 文件才是真正靜態(tài)鏈接的。
來對比一下 假的 main-static 跟真的可執(zhí)行文件大小差距多大：
$ ls -lht main-static*
776K 12月12日 22:01 main-static-true
17K 12月12日 21:42 main-static文件大小相差45倍。由于功能少所以這個倍數(shù)并不嚴(yán)謹(jǐn)。但大體上我們可以了解純靜態(tài)的可執(zhí)行文件，確實(shí)會比 dynamic linked的可執(zhí)行文件大很多。不過由于現(xiàn)在硬盤和內(nèi)存的擴(kuò)大，成本降低，越來越多新編程語言默認(rèn)采用純靜態(tài)編譯可執(zhí)行文件。以增強(qiáng)跨平臺的運(yùn)行能力。
用gcc將 drive.c 代碼生成動態(tài)庫文件 libdrive.so
將當(dāng)前目錄下的所有.o文件（目前只有 drive.o一個文件）作為材料，生成最終的 libdrive.so動態(tài)庫文件（實(shí)際相當(dāng)于將 .o文件打了個壓縮包到 .a文件里，并調(diào)整了鏈接符號）。
gcc -shared *.o -o libdrive.so所以我們目錄下截至現(xiàn)在已有這些文件：
# ls -lht
總計(jì) 52K
-rwxrwxr-x 1 lph lph 16K 12月12日 16:43 libdrive.so
-rwxrwxr-x 1 lph lph 16K 12月12日 16:30 main-static-true
-rwxrwxr-x 1 lph lph 16K 12月12日 16:20 main-static
-rw-rw-r-- 1 lph lph 136 12月12日 16:18 main.c
-rw-rw-r-- 1 lph lph 1.4K 12月12日 16:17 libdrive.a
-rw-rw-r-- 1 lph lph 1.3K 12月12日 16:17 drive.o
-rw-rw-r-- 1 lph lph 91 12月12日 16:12 drive.c
-rw-rw-r-- 1 lph lph 91 12月12日 16:12 drive.h既然是動態(tài)庫，總要能被調(diào)用者直到你的暴露的借口。我們驗(yàn)證下這個libdrive.so動態(tài)庫是否也暴露了add函數(shù)呢？
$ nm -D libdrive.so
00000000000010f9 T add
w __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5
w __gmon_start__
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable從結(jié)果看，確實(shí)暴露了add 函數(shù)。至于其他4個W是什么作用，我們目前暫時不管。
用gcc將C語言 main.c 編譯并鏈接動態(tài)庫，生成可執(zhí)行文件 main_share ，運(yùn)行時是否依賴動態(tài)庫so文件？
gcc main.c -L./ -ldrive -o main_share上面說過，當(dāng)libdrive.so 不存在時，libdrive.a 存在，則gcc 根據(jù)鏈接 -L./ -ldrive 參數(shù)，在對應(yīng)目錄下只找libdrive.a，所以以前只能鏈接.a文件。現(xiàn)在有了.so文件，那么-L./ -ldrive會優(yōu)先鏈接libdrive.so。讓我們用ldd 命令檢驗(yàn)一下：
$ LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$PWD ldd ./main_share
linux-vdso.so.1 (0x00007ffccd74a000)
libdrive.so (0x00007ff2cbb28000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007ff2cb933000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ff2cbb2f000)這里我們在命令中臨時設(shè)置 庫文件搜索路徑包含當(dāng)前路徑$PWD。
從結(jié)果看，我們的main_share 確實(shí)鏈接了動態(tài)庫 libdrive.so。
「完」
演示用ar如何轉(zhuǎn)換 靜態(tài)庫文件得到動態(tài)庫文件。可被用于可執(zhí)行文件的鏈接。
先清理一下現(xiàn)場：刪掉 drive.o libdrive.so 這兩個文件。
$ rm -f drive.o libdrive.so這里使用現(xiàn)有的 libdrive.a 動態(tài)庫，看能否轉(zhuǎn)化成 libdrive.so 文件。
(1) 之前說過.a相當(dāng)于.o 文件的壓縮包，那么我們可以分離出 drive.o 文件
ar -x libdrive.a(2) 編譯生成 .so 文件
gcc -shared *.o -o libdrive.so(3) 查看導(dǎo)出函數(shù)
$ nm -D libdrive.so
00000000000010f9 T add
w __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5
w __gmon_start__
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable
$結(jié)果與上上面的 nm -D libdrive.so 輸出一致。作為驗(yàn)證我們將使用這個轉(zhuǎn)化出的so動態(tài)庫測試對main()的鏈接和運(yùn)行效果：
$ gcc main.c -L./ -ldrive -o main_share_from_libdrive_a
main.c: 在函數(shù)‘main’中:
main.c:6:18: 警告：隱式聲明函數(shù)‘a(chǎn)dd’ [-Wimplicit-function-declaration]
6 | int result = add(3, 5);
| ^~~
$ LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$PWD ./main_share_from_libdrive_a
Sum: 8警告信息不管。運(yùn)行效果符合預(yù)期，打印了3+5的結(jié)果。說明靜態(tài)庫轉(zhuǎn)成動態(tài)庫也是OK可以用的（實(shí)際場景gcc還要加-fPIC 參數(shù)來生成動態(tài)庫，以增強(qiáng)動態(tài)庫的通用性不依賴于固定地址，本文不深入解析 -fPIC，請讀者自己查信息 ）。
總結(jié)一下，經(jīng)過以上4個場景的演示驗(yàn)證，我們對Linux的動態(tài)庫、靜態(tài)庫之間的關(guān)系，有了更深入的認(rèn)知。
